6.Taller1. primera ley

TALLER 1: TERMODINÁMICA.
Trabajo PV:
1.
Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción se expande contra-restando una presión constante de 500kpa de 1m3 a
4m3. Calcular el trabajo realizado, explique el porqué del signo?
2.
Un tanque rígido contiene aire a 500kpa y 150ºC. Como resultado de la transferencia de calor a los alrededores, dentro
del tanque disminuyen la temperatura a 65ºC y la presión a 400kPa. Determinar el trabajo de la frontera efectuado
durante este proceso.
3.
Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción contiene 10 lbm de vapor de agua a 60psia
y 320ºF. El calor se transfiere al vapor hasta que la temperatura alcanza 400ºF. Si el
émbolo no está unido a un eje y su masa es constante, Determine el trabajo realizado por
el vapor durante este proceso. Si el volumen especifico paso de v1 a v2.
4.
Al inicio del proceso un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.4 m3 de aire a 10kPa y 80ºC. Después el aire se
comprime hasta 0.1 m3 de manera que la temperatura dentro del cilindro permanece constante. Determinar el trabajo
realizado durante este proceso.
5.
Una masa de 1.2kg de aire a 150kPa y 12ºC está contenida en un dispositivo hermético de gas de cilindro-émbolo sin
fricción. Después el aire se comprime hasta una presión de 600kPa. Durante el proceso se transfiere calor desde el aire
para que la temperatura en el interior del cilindro se mantenga constante. Calcule el trabajo realizado durante este
proceso.
6.
Nitrógeno en un estado inicial de 300K, 800kPa y 0.2m3 se expande lentamente en un proceso isotérmico hasta una
presión final de 150 kPa. Determinar el trabajo efectuado durante este proceso.
V1=7.485 pie3/lbm
V2=8.353 pie3/lbm
1 Btu=5.404psia* pie3
Sistema y Primera ley:
7.
Hay una vela encendida en un cuarto bien aislado. Considere al cuarto ( el aire más la vela) como el sistema y
determine:
a) Hay alguna transferencia de calor durante el proceso en que se consume la vela.
b) Hay algún cambio en la energía interna del sistema.
8.
Un horno eléctrico bien aislado se está calentando por medio de una resistencia. Si el horno completo, con el elemento
calefactor, se toma como el sistema, determine si hay una interacción de calor o trabajo.
9.
Si se toma el mismo horno anterior, si el sistema se considera sólo como el aire en el horno sin elemento calefactor.
Primera ley:
10. Un pequeño tanque con agua congelada a 0ºC es colocado en la parte media de un gran tanque perfectamente aislado
lleno de aceite, como muestra la figura. Al principio el sistema completo tiene un equilibrio térmico de 0ºC. el
calefactor eléctrico en el aceite se enciende y 10 kJ de trabajo eléctrico se efectúan sobre el aceite. Después de un rato,
todo el sistema está otra vez a 0ºC, pero algo de hielo en el pequeño tanque se ha derretido. Considere que el aceite es
el sistema A y el agua congelada el sistema B. Analice las interacciones de trabajo y calor para el sistema A, el sistema
B y el sistema combinado.
11. Un tanque rígido contiene un fluido que se enfría mientras es agitado por una élice. Al principio, la energía interna del
fluido es 800kJ. Durante el proceso de enfriamiento el fluido pierde 500 kJ de calor y la hélice realiza 100 kJ de trabajo
sobre el fluido. Determinar la energía interna final del fluido.
12. Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene aire a 150 kPa y 27ºC. En ese estado, el émbolo descansa
sobre un par de topes, como se muestra en la figura, y el volumen encerrado es de 400L. La masa del
émbolo es tal que se requiere una presión de 350kPa para moverlo. El aire se calienta después hasta
que se duplica su volumen. Determine:
-La temperatura final
-El trabajo efectuado por el aire
-El calor total suministrado (si, El sistema sufrió un ∆U=630 kJ).
-En un diagrama P-V, graficar el proceso.
13. Si se caliente agua en una cacerola tapada sobre una estufa mientras se agita por medio de una hélice. Durante el
proceso se añaden 30kJ de calor al agua y 5kJ de calor se liberan hacia el aire de los alrededores y si el trabajo
realizado por la hélice asciende a 500N.m. Determine la energía final del sistema si su energía interna inicial era de 10
kJ.