examen parcial de termodinamica para la ingenieria i
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8/17/2019 Examen Parcial de Termodinamica Para La Ingenieria I
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Y PE TROQUIMICA
UNIVERSIDAD NACIONALDE
INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO GAS NATURAL YPETROQUIMICA
Examen sustitutorio de Termodinámica para lainenier!a I
CURSO " Termodinámica para la inenier!a I
DOCENTE " In"Amador #aulino
$EC%A DE REALI&ACION " '()'*)+*'(
$EC%A DE ENTREGA " '()'+)+*'(
INTEGRANTES " Ramírez Oscco, Mauricio
20130104E
+*'(
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8/17/2019 Examen Parcial de Termodinamica Para La Ingenieria I
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FACUL TAD DE INGEN
IA DE PE TROLEO GA
A TURAL
Aumento de energía di!oni"#e
Capítulo 6
Problema 6.1)Un sistema recibe 10000 kJ de calor a 500 K a partir de
una fuente de 1000 K. La temperatura de los alrededores es 00 K.
!uponiendo "ue la temperatura del sistema # la fuente permanece
constante durante la transferencia de calor$ encontrar%
La producci&n de entropía debido a la transferencia de calor antes
mencionado
'isminuci&n de la ener(ía disponible.
esoluci&n
Tem!eratura de #a $uente % & ' &(((
Tem!eratura de# itema % ) ' *((
Tem!eratura de #a atmo$era % ( ' +((
Ca#or re,i"ido !or e# itema % Q ' &(((( -.
Cam"io de entro!ía neta
E# ,am"io de #a entro!ía de #a $uente durante #a tran$eren,ia de ,a#or
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Cam"io de #a entro!ía de# itema durante #a tra$eren,ia de ,a#or
E# ,am"io neto de #a entro!ía ' /&( 0 )( ' &(∆ ⁄
Diminu,i1n de #a energía%
La energía di!oni"#e ,on #a $uente
' 2&((( / +((3&( ' 4(((
Energía di!oni"#e ,on e# itema
' 2*(( / +((3)( ' 5(((
Disminución de la energía disponible ' 4((( / 5((( '
Problema 6.11) Calcular la ener(ía disponible en *0 k( de a(ua a +5 , C
con respecto a los alrededores a 5 , C$ siendo la presi&n de 1 atm&sfera
esoluci&n
Tem!eratura de #o a#rededore T( ' &( 0 )4+ ' )6+ 7
Ca#or e!e,i8,o de# agua C! ' 59&6 -.:-g 7
La energía di!oni"#e de un itema de maa m; ,! ,a#or e!e,í8,o; C
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9 ' 9 ?2 / 3@ '
Problema 6.-1) l aire$ en un /uo constante$ entra en el sistema a una
presi&n de bar # 10 , C con una 2elocidad de 0 m3s # sale a 1$* bar
# -0 , C con una 2elocidad de *0 m3s. La temperatura de los
alrededores es -0 , C # la presi&n es de 1 bar. 'eterminar%
l trabao re2ersible # trabao real suponiendo "ue el proceso
sea adiab4tico.
La irre2ersibilidad # la ecacia del sistema sobre la base de 1 k(
de /uo de aire.
omar para el aire los si(uiente datos %C p 7 1.005 kJ3k(.K 7 0.-+
kJ3k(.K
esoluci&n Tem!eratura ini,ia# de aire T& ' &6( 0 )4+'5*+7
Prei1n 8na# de aire !) ' &95 "ar
Tem!eratura 8na# T)')(0)4+ ' )+ 7
Prei1n de# medio am"iente !(' & "ar
Maa de# aire ' &-g
Be#o,idad ini,ia# de# aire C&' 6( m:
Be#o,idad 8na# de# aire C) ' 5(m:
Ca#,u#o de# tra"ao reeri"#e < e# tra"ao a,tua#9
¿ (h1−h0 )−T 0 (s1−s0 )+C 1
2
2
¿c p (T 1−T 0 )−T 0 (s1−s0 )+C 1
2
2
( s1−s0 )=c p logeT 1
T 0− R loge
p1
p0
¿1.005 loge453
293−0.287 loge8
1
¿0.437−0.596=−0.159 kJ
kgK
Di!oni"i#idad de# aire en #a entrada
¿1.005 (453−293 )−293 (−0.159 )+ 80
2
2 x1000
¿160.8+46.58+3.2=210.58 kJ
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Di!oni"i#idad de #a eiten,ia
¿ (h1−h0 )−T 0 (s1−s0 )+C 1
2
2
¿−T 0 (s1−s0 )+C 1
2
2
h2=h0 porqueT 2=T 0=293 K
p2
p0=−0.287 loge
1.4
1=¿0.069656 kJ /kg K
s2−s0=− R loge¿
¿−293 (−0.09656 )+ 40
2
2 x 103=29.09 kJ /kg
Determina,i1n de# tra"ao reeri"#e
W rev=210.58−29.09=181.49 kJ
Capítulo + Problema +.1) 'enir los si(uientes
a3 Bo#umen e!ani1n
E #a tenden,ia de #a materia !ara ,am"iar de $orma; e# rea < : o
o#umen en re!ueta a un ,am"io en #a tem!eratura; ?&@ a traG de #a
tran$eren,ia de ,a#or9
La tem!eratura e una $un,i1n mon1tona de #a energía ,inGti,a
mo#e,u#ar medio de una utan,ia9 Cuando e ,a#ienta una utan,ia; #aenergía ,inGti,a de u mo#G,u#a aumenta9 De ete modo; #a
mo#G,u#a ,omienHan a moere m < !or #o genera# mantener una
ma
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"3 Com!reni"i#idad iotGrmi,a
E una medida de #a ,om!rei"i#idad de un ,uer!o o itema
termodinmi,o ,uando e omete a un !ro,eo termodinmi,o detran$orma,i1n ,uaietti,a de !rei1n mientra u tem!eratura e
mantiene ,ontante < uni$orme; iene dada !or%
En un !ro,eo de aria,i1n de !rei1n a tem!eratura ,ontante; e#
,uer!o =a"r inter,am"iado una ,ierta ,antidad de ,a#or ,on e# eterior
!or #o Iue u energía tota#; Iue !uede o"tenere ,omo uma de# tra"ao
rea#iHado o"re e# ,uer!o < de# ,a#or inter,am"iado !or e# mimo no
!ermane,er ,ontante9
,3 Com!reni"i#idad adia"ati,a
E una medida de #a ,om!rei"i#idad de un ,uer!o o itema
termodinmi,o ,uando e omete a una tran$orma,i1n ,uaietti,a de
!rei1n en ,ondi,ione de ai#amiento tGrmi,o !er$e,to; iene dada !or%
En un !ro,eo adia"ti,o de aria,i1n de !rei1n; e# ,uer!o
e!erimentar a#gn ,am"io de tem!eratura9 Todo #o uido on
,om!rei"#e; in,#u
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!rin,i!a#mente en #o gae
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Ca!ítu#o 6
Problema .1) Un bu"ue de 0$0 m de capacidad contiene (as a una
presi&n de $5 bar # 5 , C de temperatura. 'eterminar la masa del (as
en el recipiente. !i la presi&n de este (as se aumenta a 10$5 bar
mientras "ue el 2olumen permanece constante .cual ser4 latemperatura del (as<
esoluci&n
Tenemo #o iguiente dato ' (9(+ +
' +9*
' +* ' +( ° !
Aumimo Iue etamo ,on un ga idea# < a!#i,amo #o iguiente ;
uamo e# R Iue !ara ete ga e ' )(* ⁄"
Para =a##ar #a tem!eratura ,uando e u$re un ,am"io en #a !rei1n
rea#iHamo #o iguiente%
Pro"#ema 69&& 3 l aire se e8pande en un cilindro en un proceso
adiab4tico re2ersible de 1$+ bar a 1$=6 bar. !i la temperatura nal es
ser -+ , C$ cual sería la temperatura inicial< ambi>n calcular el cambio
en entalpía$ calor # trabao transferencias especícas por k( de aire.
esoluci&n
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Preion & ' &+94+
Tem!erature & '
Preion ) ' &9
Tem!eratura ) ' )4 > ' +((>
Para un !ro,eo adia"ti,o a"emo #a iguiente re#a,i1n%
A!#i,ando #a !rimera #e< !ara !ro,eo adia"ti,o
Ca#,u#o de #a enta#!ia mediante %
) *)5
' ∆# ' & +((
' 9∆$ %& '
E# ,a#or e eto !re,eo e igua# a ,ero ;
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Problema =.1) 0$*5 k( de mon&8ido de carbono ? *+7- (3mol) # 1 k( de
aire a 15 , C est4n contenidos en un recipiente de 2olumen 0$* m.
Calcular la presi&n parcial de cada componente # la presi&n total en el
recipiente. l an4lisis (ra2im>trico de aire debe ser tomado como
-$@ de o8í(eno ? *+7- (3mol) # +6$+@ de nitr&(eno ? *+7- (3mol).
esoluci&n
Ca!a,idad de# re,i!iente % ' (9, -+
Maa de# aire % ' & "
Maa de# mon1ido de ,ar"ono ' (95 "
Maa de# oígeno en & -g de aire ' (9)++ "
Maa de# nitr1geno en a# aire ' (944 "
Cara,teríti,a de# ga 2,ontante3
Donde ( ' 2' 69+&5 3./01012 30425 2 5/ "2 '"
Deriando de #a e,ua,i1n de #o gae tenemo
Sutitu
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La !rei1n tota#
' 4 ' 6) 0 7 ) 0 6
' (95+* 0 &95 0 (9) ' 9 %& 89:
Problema =.11 ) Una meAcla de (ases ideales consta de * k( de
nitr&(eno # 6 k( de di&8ido de carbono a una presi&n de * bar # una
temperatura de -0 , C. ncontrar %
La fracci&n molar de cada componente$
l peso molecular e"ui2alente de la meAcla$
La constante de (as e"ui2alente de la meAcla$
Las presiones parciales # los 2olBmenes parciales$
l 2olumen # la densidad de la meAcla
'atos !ara e# N)'&95 ; CO)'&9)6
esoluci&n
Fra,,i1n mo#ar !ara ,ada ,om!onente %
E# !eo mo#e,u#ar a!arente de #a meH,#a #o determinamo de #a
iguiente manera %
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' (9*& )6 0 (9566 55 ' 9 *+ ;< < = % ' >?@A
La ,ontante de ga !ara #a meH,#a 2B.5
maa tota# ' 7 ) 0 6) ' 50 ' &( -g
!rei1n !ar,ia# < o#mene !ar,ia#e
C 7 ) '
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V H 2=0.3m3 T H 2=130+273=403 K
p H 2=3 ¿̄ V N 2=0.15m3
p N 2=6 ¿̄ T N 2=30+273=303 K
Tem!eratura en e# eIui#i"rio T) p H 2V H 2=m H 2 R H 2T H 2
m H 2= 3 x 10
5 x 0.3
( 8.3142 ) x403 x 103=0.0537 kg
p N 2V
N 2=m
N 2 R
N 2T N 2
m N 2= 6 x10
5 x0.15
( 8.3142 ) x303 x 103=1.0kg
De a,uerdo a #a !rimera #e< !ara itema ,errado 9∆U =0
U inicial=U final
m H 2cv( H 2)T H 2+m N 2cv ( N 2 )T N 2=m H 2cv( H 2)T H 2+m N 2cv ( N 2 )T N 2
m H 2cv( H 2) [T ( H 2 )2−T ( H 2)1 ]+m N 2 cv( N 2)[T ( N 2)2−T ( N 2)1 ]=0
0.0537 x10.352 [T ( H 2 )2−403 ]+1.0 x 0.733 [T ( N 2)2−303 ]=0
T ( H 2 )2=T ( N 2)2=T 2
0.556 (T 2−403)+0.744 (T 2−303)=0
0.556T 2−224+0.744T 2−225.4=0
t emperaturaelame!claT 2=345.7 K
Prei1n de #a meH,#a !) p( H 2)2V =m H 2 R H 2T H 2
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