Santorio Santorio Instrucciones: lea cuidadosamente todos los

FACULTAD DE INGENIERÍA
1 ER. EXAMEN PARCIAL DE TERMODINÁMICA
DIVISÍÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
SÁBADO 8.10.2005., 7:00 (h), SEM 2006 - 1
DEPARTAMENTO DE FÍSICA GENERAL Y QUÍMICA
COORDINACIÓN DE TERMODINÁMICA
Santorio Santorio
Instrucciones: lea cuidadosamente todos los problemas que se ofrecen y resuelva cualesquiera
cuatro en dos horas. Se permite la consulta de cualquier documento propio. El profesor tiene la
última palabra.
I. En el laboratorio de Termodinámica de la F.I. hay un manómetro de cilindro con tubo vertical que
se usa para medir una diferencia de presiones de 15 (cm) de Hg. Los diámetros del cilindro y del
tubo son, respectivamente, 12 (cm) y 4.5 (cm). Sin embargo, el líquido manométrico se derrama y
un alumno mezcla 1(l) de un líquido A (δ=1.8) y 750(ml) de un líquido B (δ=0.96), y con ese
líquido nuevo llena el instrumento antes de conectarlo. ¿Cuál es la lectura del manómetro en estas
circunstancias? Tome δHg=13.595, δagua=1.0, PD.F.=78 (kPa), g=9.78 (m/s2).
II. Se han realizado estudios en la troposfera concluyendo que: i) el aire atmosférico se comporta
como un gas ideal y, ii) la variación de la temperatura con la altitud se puede modelar linealmente,
así la temperatura disminuye a razón de 5.87 (K/km). Calcule la presión a una altura de 2000(m)
con respecto al nivel del mar cuyas condiciones son 101.325(kPa), 9.81 (m/s2), 23(ºC) y R=0.287
(J/[gK])).
III. Una capa de hielo de 2(mm) de espesor cubre el parabrisas de un automóvil de 60 (cm) por 1.3
(m). El calefactor del vehículo tiene una eficiencia del 85%, aunado a lo anterior, las pérdidas
caloríficas en el sistema son del 10% de lo que produce el calefactor. Calcule la potencia que
recibe el calefactor para fundir el hielo, que esta a 0(ºC). λfus=79.6912 (cal/g) y ρhielo=917 (kg/m3).
IV. En un calorímetro se tiene una sustancia líquida que se calienta con un resistor de inmersión. Una
vez alcanzada la ebullición a 80.11 (ºC), se nota que la báscula esta desequilibrada. Se pone la
pesa corrediza en 824 (g) y la báscula sigue desequilibrada, pero en unos instantes se equilibra: en
ese momento se comienza a contar las vueltas del disco del watt-horímetro y se coloca la pesa
corrediza en 784 (g), con lo que se desequilibra la báscula. Unos instantes después, la báscula
regresa al equilibrio en ese instante se cuentan 12.6 vueltas del disco del watt-horímetro. Si su
constante fuese 198.95 (J/radián), calcule la λebu de la sustancia.
V. Un cilindro con émbolo de 50 cm de diámetro se encuentra en posición vertical a nivel del mar, se
tiene un gas en su interior y la masa del émbolo es 20(kg). En un día caluroso el émbolo se
desplaza 1(m) al recibir 53(kJ) por parte del sol. ¿Cuál es el cambio de la energía interna del
sistema?
VI. Una sustancia simple y compresible se expande en un cilindro con émbolo según PV=cte. Si el
fluido estaba a 2.8 (MPa) y 60(l) y su energía interna disminuye en 100 (kJ) durante el proceso
adiabático, ¿cuál será la presión final?
Resolución del primer examen colegiado de Termodinámica. Semestre 2006-1
Sábado 8 de octubre de 2005.
7:00 (h)
Santorio Santorio
I.- ∆l = 15 (cm de Hg), Dcil = 12 (cm), dtub = 4.5 (cm), VA = 1 (1), δA = 1.8, VB = 750 (ml), δB = 0.96,
δHg=13.595, δagua = 1.0, PDF = 78 (kPa), g = 9.78 (m/s2); δmano = 1.44; h = [δHg ∆l (VA + VB)] / [(δAVA +
δBVB)(dtub/Dcil)2 + 1)] ;
h=124.152 (cm)
II.- α = 5.87, Pn.m. = 101.325 (kPa), g = 9.81 (m/s2), Tn.m. = 23 (ºC), R =0.287(J/[gK]), z=2000(m) ; T =
- α z + To;
Pfin = (Pini)([- α z + To] / To)^ (g/[ α R]);
Pfin = 80.061 (kPa)
III.- e = 2 (mm), l = 60 (cm), L = 1.3 (m), ηcal = 85%, pérdidas 10 %, Thielo = 0 (ºC),λfus = 79.6312
(cal/g), ρhielo = 917 (kg/m3), t = 4 (min);{W}sum = (ρhielo e 1 L λfus) / (ηcal ηpér t); {W}sum = 2.5976 (kW)
IV.- Tebu = 80.11 (ºC), mini = 824 (g), mfin = 784 (g), # = 12.6 (vueltas), k = 198.95 (J/radián);
λebu = (2π k#) / (mini - mfin);
λebu = 393.76 (J/g)
V.- De = 50 (cm), me = 20 (kg), ∆l = 1 (m), Pn.m. = 101.325 (kPa), g = 9.81 (m/s2), {Q} = 53 (kJ); ∆U =
{Q} - [((Pn.m. π De2) /4) + me g] [∆l];
∆U = 32.908 (kJ)
VI.- PV = cte., Pini = 2.8 (MPa), Vini = 60 (1), ∆U = - 100 (kJ), {Q} = O; {Q} = O;
Pfin = (Pini) / ( e^[(∆U) / (-Pini Vini)]);
Pfin = 1.544 (MPa)
Gilles Personne de Roberval
VII.- h = 124.152 (cm)
VIII.- z=2500(m); Pfin = 76.642 (kPa)
IX.- e = 3 (mm); {W}sum = 3.8965 (kW)
X.- mini = 624 (g), mfin = 584 (g); λebu = 393.76 (J/g)
XI.- De = 75 (cm); ∆U = 8.0397 (kJ)
XII.- Pini = 1.4 (MPa), Vini = 120 (l); Pfin = 0.772 (M)