facultad de ingeniería división de ciencias básicas coordinación de

FACULTAD DE INGENIERÍA
DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
COORDINACIÓN DE FÍSICA Y QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE TERMODINÁMICA
SEGUNDO EXAMEN FINAL COLEGIADO 2013-1
LUNES 3 DE DICIEMBRE 10:30 (h)
Instrucciones: lea cuidadosamente los problemas que se ofrecen. Resuelva
cualesquiera cuatro en dos horas y en el orden que usted desee. Se permite la
consulta de cualquier documento propio.
1.En un calorímetro adiabático se realizan dos pruebas de una pieza metálica de masa,
(
) y capacidad térmica específica, ( ). En la primera prueba la pieza es sumergida en
( ) de agua (
(
)
(
)) y los cambios de temperatura (
) para el
agua y el metal son iguales. En la segunda prueba la pieza se sumerge en benceno
(
(
)
(
)) y los cambios de temperatura (
) para el
benceno y el metal también son iguales. Calcule los litros de benceno utilizados en la
segunda prueba.
2.Un carro híbrido, que funciona con energía solar y gasolina, tiene adaptado en su toldo
( ). El carro requiere de
( ) para funcionar. En un
paneles solares con un área de
día soleado la radiación solar es de
(
) y los paneles captan la radiación durante ( ),
con el carro estacionado. Su eficiencia de conversión de energía solar a energía eléctrica,
( ). Calcule el porcentaje de energía solar que
almacenada en la batería, es de
contribuye a la energía requerida por el carro, una vez que éste se pone en movimiento
).
durante (
( ), tiene una mezcla líquido-vapor de agua, con un calidad de
3.Un tanque de
(
). Calcule, en ( ), el volumen que ocupa el vapor.
4.Se comprime adiabáticamente un gas ideal (
) a razón de
presiones es de
y el gas ingresa al compresor a
).
por el compresor, en (
(
(
0, a
), la relación de
). Calcule la potencia requerida
)a
5.En un cilindro con émbolo en posición vertical se tiene un litro de gas “ideal” (
(
), se calienta el gas hasta duplicar su volumen. Calcule, en ( ), la variación de la
energía interna.
( ) sin fricción, contiene
(
6.Un cilindro, adaptado con un pistón de
( ). El diámetro del pistón es de
ocupando un volumen inicial de
( ) y
(
). El arreglo se calienta a presión
alrededores se encuentran a
( ). Calcule la transferencia de calor, en ( ).
hasta obtener una calidad del
( ).
) de agua
( ). Los
constante
Considere
7.Un recipiente con
(
) de agua líquida (
(
un cuarto “adiabático” de
(
) que inicialmente está a
tiempo se establece el equilibrio térmico entre el agua
(
( )y
(
). Después de un
y el aire (
(
)
(
)
)) del cuarto. Calcule, en ( ), la entropía generada del sistema.
8.Se tiene un ciclo de Carnot que opera con
(
( ) se introduce en
)) a
(
) de un gas ideal (
)). Los límites de temperatura del ciclo son
mínima y máxima son
un ciclo.
(
)
(
( )
( ), y las presiones
). Calcule el trabajo producido, en ( ), durante
Resolución del SEGUNDO EXAMEN FINAL COLEGIADO: sem-2013-1
Nota: se utilizaron las tablas del libro: Yunus A. Cengel
Problema 1.
Datos:
(
), (
(
)
(
(
)
(
(
)) ,
,
)),
,
,
.
Solución: Prueba 1:
→
ec.1
Prueba 2 :
→
ec.2
Igualando ec.1 y ec.2
(
→
)
(
→
)
()
Problema 2.
), ̇
(
Datos:
(
(
),
(
( ),
),
( )
),
(
Solución: Energía solar efectiva
(
La energía que ocupa el carro en
)
(
) es:
) ( )(
(
)(
( )
)
(
)
)
(
El porcentaje de contribución de la energía solar es
(
)
(
)
( )
)(
)
( )
Problema 3.
(
Datos:
),
(
,
Solución:
).
,
→
como
→
…ec.1
También:
De
)
)
….ec.2
ec.3
….ec.4
(
(
y
Sustituyendo ec.1 y ec.2 en ec.4
(
→
)
…..ec.5
Sustituyendo ec.5 en ec.3
(
→
(
)
..ec.6
)
(
Con
(
)→ {
)
Problema 4.
Datos: ̇
(
), (
̇
(
),
(
,
Solución:
̇
̇
̇
Con
) …ec.1
,
,
( )
y
Sustituyendo en ec.1
̇
→
̇
̇
[( )
(
]
)
sustituyendo datos:
),
( )
(
)
(
)
Problema 5.
Datos: (
),
(
Solución: De
),
()
,
;
(
→
con
→
) Co2
con
y
….. ec.1
,
→
,
→
sustituyendo en ec.1
→
→
(
→
)
(
)
(
)
Problema 6.
(
Datos:
),
(
(
Solución
Como
(
),
),
(
( ),
),
),
( ),
( )
) …ec.1
→
(
(
)
para el estado 2: con {
( )
(
(
)
(
(
(
)
sustituyendo en ec.1
( )
→
)
(
)
→
)( )
)
(
)
(
→ para el estado 1 : con {
( )
)
(
Con
→
(
( )
( )
)
)
Problema 7.
(
Datos:
(
),
( ),
),
(
(
)
(
),
( ),
(
),
(
),
)
Solución:
(
)+
(
(
)
( ))
ec.1
Del balance de energía:
→
(
,
)
( )
(
→
) sustituyendo en ec.1
( )
Problema 8.
(
Datos:
),
(
( ),
)
Solución:
(
( ),
)
(
),
….ec.1
(
con
),
(
)
( )
( )
y
Sustituyendo en ec.1
→
Con
→
(
)
(
(
( )
(
)
( ))
…ec.2
) sustituyendo datos en ec.2