( ) En un diagrama T-v el equilibrio sólido-vapor se encuentra sobre la línea triple. ( ) La presión atmosférica es equivalente a 10 m de agua.
( ) Si se tiene P y vi se encuentra definido el estado de una mezcla sólido-vapor. ( ) El factor de compresibilidad Z es siempre menor o igual a la unidad.
( ) Las propiedades críticas Tc, Pc, Zc son constantes para un compuesto dado.
( ) La constante universal de los gases es 0,7302 atm pie /lbm R.
( ) La presión ejercida por un fluido siempre actúa en dirección normal a la superficie del fluido considerado.
( ) El manómetro Bourdon mide la presión absoluta de un sistema.
( ) Al representar gráficamente Pv/T en función de P, para diferentes sustancias, si P tiende a cero, estas curvas convergen a un mismo valor.
( ) En el Valle de Sartenejas la presión atmosférica es 760 mmHg y la aceleración de la gravedad es 9,81 m/s2.
2.- Un termómetro Celsius y otro Fahrenheit están sumergidos en un fluido. Si la lectura del termómetro Fahrenheit es numéricamente el doble de la del termómetro Celsius. ¿Cuál será la temperatura del fluido expresada en R y K?.
3.- Se compara la escala Celsius con una nueva escala de temperatura denominada M, obteniéndose el siguiente resultado:
T (°C) X (cm)
T* (°M)
100 52,5 100
0 7,5 0
La relación entre la propiedad termométrica X y las escalas de temperatura es: T=aX +b
T* =cX2 +d
siendo a, b, c y d constantes a ser determinadas a partir de los datos suministrados. Deducir la expresión para convertir los °C a °M.
4.- Si dos termómetros, uno en °C y otro en °F, sumergidos en un sistema indican el mismo valor numérico. ¿Cuál es la temperatura del sistema?.
5.- En la escala de temperatura Reaumur se asigna un valor de cero al punto de fusión del agua y un valor de 80 al punto de ebullición, ¿Cuál es la temperatura del cero absoluto en esta escala?.
Sustancia Temperatura (°C) Presión (MPa) Volumen Específico (m3/kg) Calidad Región Agua 206,14 0,85 Amoníaco 1 0,1598 Helio 24,08 0,233447 Oxígeno -118,57 0,002293 R-134a 39,4 1,4 Nitrógeno 0,779 0,8 Agua 10,547 LS Amoníaco 50 1 R-134a 0,2 0,12895 Aire 200 0,2 R-134a 1,8 0,000917 R-134a 0,0123382 0,8 n-C4H14 88 0,5 CH4 -83,15 4 Agua 0,3613 0,004 Agua 0,0005176 150 Agua 374,14 22,09 Agua 0,0005176 0,0050321 Amoníaco 0,23 0,001504 R-134a 70 1,3 Óxido nitroso 23 0,0023 Metano -161,81 0,1 Amoníaco 0,175 0,78 Agua 1215 0,93 R-134a 0,6614 0,000648 CO2 25 0,1
Nitrógeno -163,15 2,5135 R-134a 0,0327 0,7 Oxígeno 200 8 Propano 0,0139 0,7 Agua 3,2 0,13 R-134a 115 1,7 Oxígeno 1179 5 Helio 24,08 0,233447 Nitrógeno 0,031313 0,69 Agua 0,8920 0,001096 Hidrógeno 0,7 1,7566 Oxígeno -218,8 0,00015 R-134a 145 2,5 Metano -94,15 3,5 Amoníaco 25 0,75 Nitrógeno -178,15 0,5411 R-134a 0,02 0,45 Agua 3,09E-05 1240 Oxígeno -148,15 2 Metano 4 0,012373 Amoníaco 24 1,31155 R-134a 1,80 0,01421 Agua 300 0,001330 Nitrógeno -147,05 3,4 Agua -21 0,82 Argón -137,25 0,006921 Nitrógeno -46,15 2
Amoníaco 1 0,8 Metano 500 1 Oxígeno -210,15 0,25 Agua 142 0,12 Hidrógeno 0,7 1,7766 Metano 1,8 0,03117
7.- Se tiene un dispositivo como el mostrado en la figura. El comportamiento A contiene 5 kg de agua y el compartimiento B 10 kg de n-butano. Inicialmente, el manómetro conectado al compartimiento A indica una presión de 0,75 MPa y el pistón se encuentra a una altura de 0,26 m (estado 1). Se calienta el agua hasta que el pistón llega a una altura de 0,3 m. En este momento, el agua posee una calidad de 0,92 (estado 2). Determine los estados 1 y 2 (P, T, v, x) en A y B. Indique la posición de los puntos en los diagramas T-v y T-P.
Datos adicionales: Ap = 1 m2 ; g = 10 m/s2 ; mp = 0,5 kg ; Patm = 0,1 MPa.
8.- Se dispone de un sistema como el mostrado en la figura. En el compartimiento A hay 2 kg de agua y en el B 1,5 kg de nitrógeno. Ambos compartimiento están separados por un pistón adiabático. Inicialmente el pistón se encuentra a 0,4 m del fondo, en el compartimiento A la temperatura es de 165 °C y el manómetro indica una presión de 600,5 kPa (estado 1). Se calienta el compartimiento A hasta que el pistón alcance una altura de 0,6 m, momento en que la calidad del agua es 80% (estado 2). Se sigue calentando el sistema hasta que la temperatura en A es de 1200 °C y en B es de 300 K (estado 3). Determine:
a) Los estados 1, 2 y 3 del agua (P, T, v, x,fase) y la altura que alcanza el pistón en el estado 3. b) Los estados 1 y 3 del nitrógeno (P, T, v, x, fase).
c) Represente los estados 1, 2 y 3 del agua en los diagramas T-v y P-T.
Datos adicionales: área del pistón: 0,2 m2, masa del pistón: 10 kg, aceleración de la gravedad: 9,8 m/s2, presión atmosférica: 100 kPa.
9.- Considere un arreglo cilindro-pistón el cual contiene 40 gramos de agua a una temperatura de 450 °C y una presión de 7,8 MPa (estado 1). Se retira calor del sistema hasta que el pistón
b) Defina el estado 2.
c) Defina el estado 3 e indique donde se encuentra el pistón.
Datos adicionales: constante de elasticidad del resorte: 0,997 kN/m; área del pistón: 0,0005 m2; presión atmosférica: 0,1 MPa.
NOTA: El resorte no está soldado al pistón por lo que se encuentra libre a 26 cm.
10.- Considere un arreglo cilindro-pistón el cual contiene 40 kg de agua con una calidad del 50%, el pistón descansa sobre los topes y el resorte no ejerce ninguna fuerza.
a) Defina el estado inicial.
b) Se transmite calor hasta una temperatura de 125 ºC en donde comienza a elevarse el pistón. Determine el estado.
c) Se sigue calentando hasta una temperatura de 386 °C llegando justo el pistón a los topes. Determinar la presión y el volumen.
d) Se continúa calentando hasta una temperatura de 800 °C. Determinar la presión.
Datos adicionales: constante de elasticidad del resorte: 0,1 kN/m; área del pistón: 0,05 m2; densidad del líquido manométrico: 13600 kg/m3, presión atmosférica: 0,1 MPa; masa del pistón: 667,2 kg; altura del líquido manométrico: 0,1937 m.
11.-Se tienen dos cilindros A y B de área transversal 0,1 m2 y 0,01 m2 respectivamente, que están conectados mediante una válvula de paso que se encuentra inicialmente cerrada. El cilindro A contiene en su interior argón a una temperatura de 207,31°C, además, posee un manómetro el cual indica una presión de 400 kPa. En el cilindro B se encuentra contenido amoníaco a una temperatura de - 8 °C y una calidad de 30,66 %, este cilindro dispone en su interior de un pistón, de altura despreciable y masa 5,102 kg, reposando en el fondo. Estas características definen el estado 1.
Se abre la válvula de paso lentamente, de modo que el argón comienza a fluir hacia el tanque B de manera isotérmica. Cuando el manómetro del tanque A indica una presión de 300
kPa, se cierra la válvula. En este momento el pistón se encuentra a 5,26 m de la base del cilindro B (estado 2).
A continuación (con la válvula cerrada) se procede a calentar el tanque B hasta que el pistón toque los topes, momento en el cual la calidad del amoníaco es de 12,43 % (estado 3). a) Especifique todas las propiedades (P, v, T, x), en cada uno de los tres estados, para el argón y para el amoníaco.
b) ¿Por qué no se utiliza un manómetro diferencial de mercurio (densidad del mecurio: 13,6 g/cm3)?. Justifique su respuesta.
c) Indique en los diagramas T-v y P-v los diferentes estados por los que atraviesa el amoníaco. Datos adicionales: presión atmosférica: 100 kPa, aceleración de gravedad: 9,8 m/s2.
12.- Se tiene un tanque dividido en dos compartimientos A (helio) y B (amoníaco) por un pistón de masa 5 kg cuya área es 0,1 m2. El recipiente mide 40 cm de altura y el pistón está en la mitad. En la parte superior del compartimiento A se encuentra suspendido un resorte de 1,5 dm de longitud y una constante elástica de 15 N/mm. En el estado inicial, la presión del helio es 0,2 MPa y la temperatura 60 °C, mientras que el amoníaco tiene una calidad del 60%. Se calienta el comportamiento B y se enfría el A hasta que el pistón alcance una altura de 0,3 m, momento en el cual la temperatura del amoníaco es de 100 °C (estado 2). Se fija ahora el pistón con una clavija y se detiene el calentamiento. Se abre en este momento la válvula del tanque inferior, dejando salir 20 g de amoníaco. Al final de la operación y después de haber enfriado de nuevo el amoníaco, la calidad en B es del 85 % (estado 3). Calcule:
a) La masa de helio y amoníaco en el estado 1. b) La temperatura del helio en el estado 2.
c) La temperatura final del amoníaco en el estado 3.
d) Represente los estados 1, 2 y 3 para el amoníaco en un diagrama T-v.
13.- Un automovilista equipa los neumáticos de su vehículo con una válvula de seguridad, de manera que la presión interior (manométrica) nunca exceda de 240 kPa. Inicia un viaje con una presión de 200 kPa y una temperatura de 23 °C en el aire de los neumáticos. Durante el prolongado viaje la temperatura de los neumáticos alcanza 83 °C. Cada uno de ellos contiene 0,11 kg de aire. Determine:
a) La masa de aire que escapa de cada neumático. b) Temperatura a la cual comienza a salir el aire.
c) Presión de los neumáticos cuando la temperatura vuelve a 23 °C.
Datos adicionales: Tc (aire) = 132,5 K ; Pc (aire) = 3,77 MPa ; M(aire) = 28,96.
14.- Se tiene un dispositivo conformado por un tanque de 1,5 m3 conectado mediante una válvula a un cilindro dispuesto horizontalmente y abierto a la atmósfera de área transversal 0,3
300 °C (estado 2), en este momento se abre la válvula y se dejan fluir 2,5 kg de n-butano hacia el pistón de manera isotérmica (estado 3). Se cierra la válvula. Calcule:
a) Presión y temperatura del n-butano en el tanque en el estado 1. b) Longitud que se desplaza el pistón en el estado 3.
c) Lectura del manómetro Bourdon en el estado 3. Indique si podría sustituirse por un manómetro diferencial de mercurio (ρ = 13,6 g/cm3). Justifique su respuesta.
15.- Se tiene el sistema mostrado en la figura. El compartimiento A contiene 1 kg de agua con una calidad de 6,4 % y el B contiene 3 kg de neón. El cilindro tiene en su interior un pistón de masa 10 kg y área transversal 0,1 m2 con un resorte (K=158 kN/m) que cuelga de él y cuyo extremo inferior se encuentra a 0,25 m de la base del cilindro y el pistón a 0,4 m (estado 1). El compartimiento B es sometido a calentamiento hasta que A alcanza una tempertura de 40 °C y en ese momento la altura del pistón es 0,1 m con respecto a la base (estado 2). Defina:
a) Los estados 1 y 2 para ambos compartimientos.
b) Dibuje en el diagrama P-T el proceso ocurrido en el agua.