MECH 371 Thermodynamics

Problemas de examen de opción múltiple
Capítulo 13: Mezclas de gas-vapor y aire acondicionado
Cengel/Boles-Termodinámica: un enfoque de ingeniería, 4a edición
(Los valores numéricos de las soluciones se pueden obtener si se copian las soluciones EES que se dan,
se pegan en una pantalla EES en blanco, y se oprime el comando Solve. Problemas parecidos, y sus
soluciones, se pueden obtener con facilidad si se modifican los valores numéricos.)
Cap.13-1 Masa de vapor en una habitación
Una habitación está llena de aire húmedo saturado a 20°C y a una presión total de 90 kPa. Si la masa de
aire seco en la habitación es de 100 kg, la masa de vapor de agua es
(a) 1.52 kg
(b) 2.60 kg
(c) 1.62 kg
(d) 1.66 kg
(e) 4.21 kg
Respuesta: (d) 1.66 kg.
Solución. Resuelto con el Software EES. Las soluciones se pueden verificar si se copian y pegan las líneas
siguientes en una pantalla EES en blanco.
T1=20 "C"
P=90 "kPa"
m_air=100 "kg"
RH=1
P_g=PRESSURE(Steam_NBS,T=T1,x=0)
RH=P_v/P_g
P_air=P-P_v
w=0.622*P_v/(P-P_v)
w=m_v/m_air
“Algunas soluciones erróneas con equivocaciones frecuentes:”
W1_vmass=m_air*w1; w1=0.622*P_v/P "Al usar P en lugar de P-Pv en la relación w "
W2_vmass=m_air "Al tmar m_vapor = m_aire"
W3_vmass=P_v/P*m_air "Al usar la relación equivocada"
Cap. 13-2 Humedad Relativa para masas dadas de aire y vapor
Una habitación contiene 40 kg de aire seco y 0.5 kg de vapor de agua a 20°C y 95 kP de presión total. La
humedad relativa del aire en la habitación es
(a) 1.2%
(b) 2.5%
(c) 80%
(d) 56%
(e) 72%
Respuesta: (c) 80%.
Solución. Resuelto con el Software EES. Las soluciones se pueden verificar si se copian y pegan las líneas
siguientes en una pantalla EES en blanco.
T1=20 "C"
P=95 "kPa"
m_air=40 "kg"
m_v=0.5 "kg"
w=0.622*P_v/(P-P_v)
w=m_v/m_air
P_g=PRESSURE(Steam_NBS,T=T1,x=0)
RH=P_v/P_g
“Algunas soluciones erróneas con equivocaciones frecuentes:”
W1_RH=m_v/(m_air+m_v) "Al usar la relación equivocada"
W2_RH=P_g/P "Por usar la relación equivocada"
Cap. 13-3 Masa de aire en una habitación
Una habitación de 35 m3 contiene aire a 25°C y a una presión total de 90 kPa con humedad relativa del
85%. La masa de aire seco en la habitación es de
(a) 30.4 kg
(b) 35.7 kg
(c) 36.8 kg
(d) 41.3 kg
(e) 426 kg
Respuesta: (b) 35.7 kg.
Solución. Resuelto con el Software EES. Las soluciones se pueden verificar si se copian y pegan las líneas
siguientes en una pantalla EES en blanco.
V=35 "m^3"
T1=25 "C"
P=90 "kPa"
RH=0.85
P_g=PRESSURE(Steam_NBS,T=T1,x=0)
RH=P_v/P_g
P_air=P-P_v
R_air=0.287 "kJ/kg.K"
m_air=P_air*V/(R_air*(T1+273))
“Algunas soluciones erróneas con equivocaciones frecuentes:”
W1_mass=P_air*V/(R_air*T1) "Al usar C en lugar de K"
W2_mass=P*V/(R_air*(T1+273)) "Por usar P en vez de P_aire"
W3_mass=m_air*RH "Al usar la relación equivocada"
Cap. 13-4 Presión parcial del aire en una habitación
Una habitación contiene aire a 25°C y a presión total de 87.0 kPa, con humedad relativa del 85%. La
presión parcial del aire seco es
(a) 2.69 kPa
(b) 83.8 kPa
(c) 84.3 kPa
(d) 74.0 kPa
(e) 87.0 kPa
Respuesta: (c) 84.3 kPa.
Solución. Resuelto con el Software EES. Las soluciones se pueden verificar si se copian y pegan las líneas
siguientes en una pantalla EES en blanco.
T1=25 "C"
P=87 "kPa"
RH=0.85
P_g=PRESSURE(Steam_NBS,T=T1,x=0)
RH=P_v/P_g
P_air=P-P_v
“Algunas soluciones erróneas con equivocaciones frecuentes:”
W1_Pair=P_v "Al usar Pv como P_aire"
W2_Pair=P-P_g "Por usar la relación equivocada"
W3_Pair=RH*P "Al usar la relación equivocada"
Chap. 13-5 Temperatura del punto de rocío
El aire de una casa está a 25°C y con 72 por ciento de humedad relativa. Después, el aire se enfría a
presión constante. La temperatura a la que la humedad del aire comenzará a condensarse es de
(a) 8.7°C
(b) 15.3°C
(c) 18.0°C
(d) 19.6°C
(e) 21.2°C
Respuesta: (d) 19.6°C.
Solución. Resuelto con el Software EES. Las soluciones se pueden verificar si se copian y pegan las líneas
siguientes en una pantalla EES en blanco.
T1=25 "C"
RH1=0.72
P_g=PRESSURE(Steam_NBS,T=T1,x=0)
RH1=P_v/P_g
T_dp=TEMPERATURE(Steam_NBS,x=0,P=P_v)
“Algunas soluciones erróneas con equivocaciones frecuentes:”
W1_Tdp=T1*RH1 "Al usar la relación equivocada"
W2_Tdp=(T1+273)*RH1-273 "Por usar la relación equivocada"
W3_Tdp=WETBULB(AirH2O,T=T1,P=P1,R=RH1); P1=100 "Al usar la temperatura de bulbo seco"
Cap.13-6 13-138
En una carta sicrométrica, un proceso de enfriamiento y deshumidificación aparece como una linea
(a) horizontal a la izaquierda,
(b) vertical hacia abajo,
(c) diagonal hacia arriba a la derecha (en dirección NE)
(d) diagonal hacia arriba a la izquierda (en dirección NW)
(e) diagonal hacia abajo a la izquierda (en dirección SW)
Respuesta: (e) diagonal hacia abajo a la izquierda (en dirección SW).
Cap.13-7 Calentamiento simple en una carta sicrométrica (concepto)
En la carta sicrométrica un proceso de calentamiento simple (no de humidificación o deshumidificación)
aparece como una línea que es
(a) horizontal a la derecha,
(b) horizontal a la izquierda,
(c) vertical hacia arriba,
(d) diagonal hacia arriba a la derecha (en dirección NE)
(e) diagonal hacia abajo a la derecha (en dirección SE)
Respuesta: (a) horizontal a la derecha.
Cap.13-8 Calentamiento con inyección de vapor en una carta sicrométrica (concepto)
El aire en un sistema espacial de calentamiento se calienta mientras se humidifica por inyección de vapor.
En la carta sicrométrica este proceso aparece como una línea
(a) horizontal a la derecha,
(b) vertical hacia arriba,
(c) diagonal hacia arriba a la derecha (en dirección NE)
(d) diagonal hacia arriba a la izquierda (en dirección NW)
(e) diagonal hacia abajo a la derecha (en dirección SE)
Respuesta: (c) diagonal hacia arriba a la derecha (en dirección NE) .
Cap.13-9 Extracción de calor durante el enfriamiento y la deshumidificación
El aire se enfría y deshumidifica conforme fluye por las bobinas de un sistema de refrigeración a 90 kPa y
pasa de 25°C y razón de humedad de 0.021 kg/kg de aire seco, a 15°C y razón de humedad de 0.015 kg/kg
de aire seco. Si la tasa de flujo másico de aire seco es de 0.7 kg/s, la tasa de calor extraído del aire es
(a) 6.8 kJ/s
(b) 11 kJ/s
(c) 45 kJ/s
(d) 32 kJ/s
(e) 18 kJ/s
Respuesta: (e) 18 kJ/s.
Solución. Resuelto con el Software EES. Las soluciones se pueden verificar si se copian y pegan las líneas
siguientes en una pantalla EES en blanco.
P=90 "kPa"
T1=25 "C"
w1=0.021
T2=15 "C"
w2=0.015
m_air=0.7 "kg/s"
m_water=m_air*(w1-w2)
h1=ENTHALPY(AirH2O,T=T1,P=P,w=w1)
h2=ENTHALPY(AirH2O,T=T2,P=P,w=w2)
h_w=ENTHALPY(Steam_NBS,T=T2,x=0)
Q=m_air*(h1-h2)-m_water*h_w
“Algunas soluciones erróneas con equivocaciones frecuentes:”
W1_Q=m_air*(h1-h2) "Al ignorar el agua condensada"
W2_Q=m_air*Cp_air*(T1-T2)-m_water*h_w; Cp_air = 1.005 "Al usar las entalpías del aire seco"
W3_Q=m_air*(h1-h2)+m_water*h_w "Por usar el signo equivocado"
Cap.13-10 Masa de vapor añadido durante el calentamiento con humidificación
El aire a una presión total de 85 kPa, 15°C y 70 por ciento de humedad relativa, se calienta y humidifica a
25°C y 60 por ciento de humedad relativa por medio de la introducción de vapor. Si la tasa de flujo másico
de aire seco es de 4.6 kg/s, la tasa a la que se añade el vapor al aire es
(a) 0.025 kg/s
(b) 0.0054 kg/s
(c) 3.22 kg/s
(d) 0 kg/s
(e) 0.18 kg/s
Respuesta: (a) 0.025 kg/s.
Solución. Resuelto con el Software EES. Las soluciones se pueden verificar si se copian y pegan las líneas
siguientes en una pantalla EES en blanco.
P=85 "kPa"
T1=15 "C"
RH1=0.70
T2=25 "C"
RH2=0.60
m_air=4.6 "kg/s"
w1=HUMRAT(AirH2O,T=T1,P=P,R=RH1)
w2=HUMRAT(AirH2O,T=T2,P=P,R=RH2)
m_water=m_air*(w2-w1)
“Algunas soluciones erróneas con equivocaciones frecuentes:”
W1_mv=0 "sin RH = constant"
W2_mv=w2-w1 "Al ignorar la tasa de flujo másico del aire"
W3_mv=RH1*m_air "Al usar la relación equivocada"