Nota el aire se comporta como gas ideal con calores

específicos variables con la temperatura

19) El arreglo cilindro pistón aislado térmicamente que se muestra en la figura contiene inicialmente aire a 100 kPa y 25ºC, con el pistón en la posición indicada, el área del pistón es de 0.1 m2 y el resorte tiene una constante de 10 kN/m. El fondo del cilindro está conectado a una línea de alimentación mediante una válvula, por esta línea fluye aire a 800 kPa y 22ºC. La válvula se abre y el aire de la línea de alta presión ingresa al cilindro. La válvula se cierra cuando la presión en el interior del cilindro es de 600 kPa.

1) Demuestre analíticamente la posición

del pistón en el estado final

2) Determine la masa de aire que ingreso

al sistema

3) La temperatura final

El resorte se encuentra comprimido

durante todo el proceso. El aire se comporta como gas ideal con

calores específicos constantes con la

temperatura

Maquinas térmicas

1) Una planta de energía de vapor recibe calor de un horno a una tasa de 280 GJ/h. Las pérdidas térmicas en el aire circundante por el vapor cuando éste circula por las tuberías y otros componentes, se estiman aproximadamente en 8 GJ/h. Si el calor de desecho se transfiere al agua de enfriamiento a una tasa de 145 GJ/h, determine:

a) la salida neta de potencia b) la eficiencia térmica de esta planta

de potencia.

Respuestas: a) 35.3 MW. b) 45.4% 2) Una planta de energía de vapor con una salida de potencia de 150 MW consume carbón a una tasa de 60 ton/h. Si el poder calorífico del carbón es 30000 kJ/kg. Determine la eficiencia térmica de esta planta (1 ton = 1 000 kg). Respuesta:

30.0%

3) Un motor de automóvil consume combustible a razón de 20 l/h y transfiere 60kW de potencia a las ruedas. Si el combustible tiene un poder calorífico de 44 000 kJ/kg y una densidad de 0.8 g/cm3, determine la eficiencia de este motor.

Respuesta: 21.9%

4) Un acondicionador de aire extrae calor permanentemente de una casa a razón de 750 kJ/min mientras consume potencia eléctrica a una tasa de 6 kW. Determine a) el CDF de este acondicionador de aire y b) la tasa de descarga de calor en el aire exterior. Respuestas: a) 2.08, b) 1110

kJ/min 5) Un refrigerador doméstico funciona una cuarta parte del tiempo y extrae calor del compartimiento de comida a una tasa promedio de 800 kJ/h. Si el CDF del refrigerador es 2.2, determine la potencia que consume el refrigerador cuando funciona.

6) Cuando un hombre regresa a su bien aislada casa en un día de verano la encuentra a 32°C. Enciende el aire acondicionado que enfría toda la casa a 20°C en 15 min. Si el CDF del sistema de aire acondicionado es 2.5, determine la potencia consumida por el acondicionador de aire. Suponga que toda la masa dentro de la casa es equivalente a 800 kg de aire para el que Cv = 0.72 kJ/kg.°C y Cp = 1.0 kJ/kg.ºC.

7) Determine el CDF de una bomba de calor que suministra energía a una casa a razón de 8 000 k.J/h por cada kW de potencia eléctrica que extrae. Determine también la tasa de absorción de energía del aire exterior. Respuestas: 2.22, 4 400

kJ/h

8) Se emplea una bomba de calor para mantener una casa a una temperatura constante de 23°C. La casa libera calor hacia el aire exterior a través de las paredes y las ventanas a una tasa de 60000 kJ/h, mientras la energía generada dentro de la casa por la gente, las luces y los aparatos asciende a 4000 kJ/h. Para un CDF de 2.5, determine la entrada de potencia a la bomba de calor. Respuesta:

6.22 kW

9) Una manera innovadora de generar energía eléctrica comprende la utilización de energía geotérmica. La energía del agua caliente que existe en forma natural en el subsuelo como la fuente de calor. Si se descubre un suministro de agua caliente a 140°C en una localidad donde la temperatura ambiental sea de 20°C, determine la máxima eficiencia térmica que puede tener una central eléctrica construida en ese sitio. Respuesta: 29.1%

10) Un inventor afirma haber fabricado una máquina térmica que recibe 750 kJ de calor de una fuente a 400K y produce 250 kJ de trabajo neto mientras libera el calor de desecho en un sumidero a 300 K. ¿Es razonable esta afirmación? ¿Por qué? 12) Un refrigerador va a extraer calor del espacio enfriado a una tasa de 300 kJ/min para mantener su temperatura a - 8ºC . Si el aire que circunda al refrigerador está a 25°C, determine la entrada de potencia mínima requerida para este refrigerador.

Respuesta: 0.623 kW

11) Un refrigerador de Carnot opera en una habitación en que la temperatura es de 25°C. El refrigerador consume 500 W de potencia cuando opera y tiene un CDF de 4.5. Determine: a) tasa de remoción de calor del espacio refrigerado y b) temperatura del espacio refrigerado.

Respuestas: a) 135 kJ/min, b) -29.2°C

12) Durante un experimento realizado en una habitación a 25°C, un auxiliar de laboratorio mide que un refrigerador que necesitó 2 kW de potencia ha extraído 30000kJ de calor del espacio refrigerado, que se mantiene a -30°C. El tiempo de

funcionamiento del refrigerador durante el experimento fue de 20 min. Determine si estas mediciones son razonables.

13) Una bomba de calor se usa para mantener una casa a 22 kJ extrayendo calor del aire exterior en un día en que la temperatura del aire es de 2°C. Se estima que la casa perderá calor a una tasa de 110 000 kJ/h y que la bomba de calor consume 8 kW de potencia eléctrica cuando opera. ¿Tiene esta bomba de calor la suficiente capacidad para realizar la tarea?

14) Se va a utilizar una bomba de calor de Carnot para calentar una casa y mantenerla a 20°C durante el invierno. En un día, cuando la temperatura exterior promedio permanece aproximadamente en 2°C, se estima que la casa perderá calor a una tasa estable de 82000 kJ/h. Si la bomba de calor consume 8 kW de potencia mientras opera, determine a) cuánto tiempo operó la bomba ese día; b) los costos de calefacción totales, suponiendo un precio promedio de 8.5 centavos de dólar/kWh para la electricidad, y c) el costo de la calefacción

para el mismo día si se usara un calentador eléctrico en lugar de una bomba de calor. Respuestas: a) 4.19 h, 1,)

2.85 dólares y e) 46.47 dólares

15) Una máquina de Carnot recibe calor de un depósito a 900°C a una tasa de 800 kJ/min y libera el calor de desecho en el aire del ambiente a 27°C. Toda la salida de trabajo de la máquina térmica se emplea para accionar un refrigerador que extrae calor del espacio refrigerado a - 5°C y lo transfiere al aire de ambiente a 27°C. Determine: a) la tasa máxima de extracción de calor del espacio refrigerado y b) la tasa total de liberación de calor en el aire del ambiente. Respuestas: a) 4982

kJ/min, b) 5782 kJ

16) Una bomba de calor con un COP de 2,8 se usa para calentar una casa. Cuando opera la bomba de calor consume una potencia la cual es suministrada por una máquina térmica reversible la cual recibe 19,61 kW de una fuente que se encuentra a 127ºC y descarga calor a la atmósfera a 25ºC. Si la temperatura de la casa es de 7ºC en el instante antes de colocar en funcionamiento la bomba de calor y asumiendo que toda la masa dentro de la casa (aire, muebles etc.) es equivalente a 1500 kg de aire. (Cp = 1.0035 kJ/kg K, Cv = 0.7165 kJ/kg K). Determine:

a) ¿Diagrama de la situación planteada?

b) ¿Cuánto tiempo le llevará a esta bomba elevar la temperatura de la casa a 27 ºC?

17) Dos maquinas térmicas de carnot A y B operan en serie, la primera máquina A recibe calor a 597 ºC y rechaza calor a un depósito a la temperatura T. La segunda máquina B recibe el calor rechazado por la máquina A y a su vez rechaza calor a un depósito a 27 ºC Determinar la temperatura T para las siguientes situaciones:

a) Los trabajos de salida de las dos máquinas son iguales

b) Los rendimientos térmicos de las dos máquinas son iguales

Respuestas: a) 510,88 K; b) 585 K.

18) Si el coeficiente de realización de la bomba de calor es la mitad del coeficiente de realización de la maquina frigorífica y el trabajo que consume la maquina frigorífica es el doble del trabajo que requiere la bomba de calor. Se desea conocer lo siguiente:

a) El costo real de la instalación si la energía tiene un valor de 0.25 $/kJ

20 ºC

BC

0 ºC

171,4 ºC 30 ºC

20 ºC -5 ºC

MFMT

400 kJ

500 kJ

2000 kJ

W1

W2

19) Una Máquina Térmica Irreversible recibe calor desde una fuente a 800 K y cede calor a un sumidero que está a 400 K. Se sabe que en la transmisión de

potencia de la máquina térmica a la

máquina refrigeradora hay una

pérdida. Esta Máquina Refrigeradora recibe calor a una temperatura de 240 K y lo cede a 400 K, y extrae 240 KJ calor del espacio refrigerado. El calor neto transferido por las dos Máquinas a la fuente que está a 400 K es de 800 KJ. La Máquina Térmica tiene un Redimiendo Térmico que es el 80 % del rendimiento de la misma máquina operando bajo el ciclo carnot , y el COP de la Máquina Refrigeradora es el 80 % del COP de la misma máquina operando bajo el ciclo carnot. Determinar:

1. Realice el diagrama que representa esta situación.

2. Trabajo requerido en KJ por la Máquina Refrigeradora real.

3. Calor suministrado en KJ a la Máquina Térmica desde la fuente a 800 K.

4. Cantidad de trabajo en KJ que se pierde en el interior de la transmisión real.

5. Calor cedido por la Máquina Térmica a la fuente que está a 400 K.

20) Una Bomba de Calor Irreversible está diseñada para extraer calor a 7 ºC desde la atmósfera y suministrar un flujo de calor de 44000 KJ/h a 420 K para un proceso industrial. El coeficiente de realización de la Bomba de Calor real es

el 70 % del coeficiente de realización de la misma bomba de calor operando bajo el ciclo carnot. La Bomba de calor es accionada por el 80 % de la potencia que produce una Máquina Térmica, la cual recibe calor desde una fuente que está a 1060 K y lo cede a 420 K al mismo proceso industrial. La eficiencia de la Máquina Térmica es el 75 % de la eficiencia de la misma máquina operando bajo el ciclo carnot. Determinar:

1) Potencia requerido en Kw para accionar la Bomba de Calor

2) Calor suministrado en KJ/h a la Maquina Térmica desde la fuente a 1060 K.

3) Porcentaje de Calor cedido por la Maquina Térmica a la fuente que está a 420 K.

4) Calor extraído por la Bomba de Calor de la atmósfera.

21) El 60% de la potencia que producen dos Maquinas Térmicas A y B, que funcionan en paralelo entre dos depósitos uno a 300ºC y el otro a la temperatura ambiente 25ºC, se utiliza para accionar una Maquina Refrigeradora C de Carnot la cual opera con el fin de mantener una habitación a 10ºC. La eficiencia de la Maquina Térmica A es el 80% de la eficiencia de la Maquina Térmica B que tiene una eficiencia del 75% de la eficiencia de la misma máquina operando bajo el ciclo carnot. Las Maquinas Térmicas A y B reciben 250 KJ/h desde la fuente de alta. Si se considera que al momento de encender la maquina refrigeradora la energía en el cuarto es equivalente a la de una masa de aire de 4000 kg. Determinar:

a) Esquema del arreglo planteado.

b) Tiempo necesario de operación de

la Maquina Refrigeradora para

que en la habitación se alcance la

temperatura deseada sabiendo

que inicialmente esta se

encuentra a 25 ºC.

c) Velocidad de transmisión de calor

neta al ambiente.

Nota: Cp0 = 1.004 kJ/kg K, Cv0 = 0.717 kJ/kg K 22) Un cuarto debe mantenerse a una temperatura de 25 ºC, y pierde calor a una tasa de 62000 kJ/h, el cual es repuesto por una bomba de calor que funciona entre el cuarto y el medio ambiente que se encuentra a -5 ºC. Una máquina térmica que funciona entre una fuente a 1000 ºC y el medio ambiente produce potencia, parte de la cual se usa para mover la bomba de calor y la otra parte se usa para mover un refrigerador el cual mantiene un cuarto frió en -15 ºC, e intercambia calor entre el cuarto frió y el medio ambiente. El coeficiente de la bomba de calor es la mitad del coeficiente de la misma bomba de calor operando bajo el ciclo carnot. El coeficiente de la máquina refrigeradora es la mitad del coeficiente de la bomba de calor y la potencia que consume es el doble de la potencia que consume la bomba de calor. La eficiencia de la máquina térmica es la mitad de la eficiencia de una máquina térmica que funciona bajo las mismas fuentes de temperatura. Determinar:

a) Calor extraído del cuarto frió en kW

b) Compruebe si la máquina refrigeradora es ideal, real o imposible

c) Costo de la instalación si el precio de la energía es 10 BsF/kW

d) Calor total que intercambia la instalación completa con el medio ambiente

23) Se requiere mantener un cuarto refrigerado a una temperatura de -10°C

durante 1 hora; para ello se utiliza una máquina refrigeradora de carnot que disipa 150kJ de calor a un depósito a una temperatura T, mientras extrae 100 kJ del espacio refrigerado. Esta máquina consume el 30% del trabajo que produce una máquina térmica de carnot que opera entre el mismo depósito de temperatura T y un depósito térmico de alta temperatura que se encuentra a 500 °C. El 70% de potencia restante producida por la máquina térmica, es utilizada por una bomba de calor de carnot para entregar calor a un depósito de alta temperatura (Thbc), mientras extrae 300 kJ de calor del depósito a temperatura T. determinar:

a) Cuál es la temperatura del depósito T

b) Cuál es la temperatura (Thbc) c) El coeficiente de realización para

la máquina refrigeradora y bomba de calor, eficiencia de la máquina térmica

d) La transferencia de calor a la máquina térmica de la fuente de alta

e) La transferencia de calor total fuente T

24) Se va a utilizar una máquina refrigeradora de Carnot para mantener la temperatura de una casa en 18°C durante el verano. En un día, cuando la temperatura exterior promedio permanece aproximadamente en 32°C, se estima que a la casa ingresa una tasa estable de 95000 kJ/h. Si la máquina refrigeradora consume 7 kW de potencia mientras opera, determine: a) Realice el diagrama que represente la situación. b) cuánto tiempo operó la máquina refrigeradora ese día en horas. c) los costos de Refrigeración totales en dólares, suponiendo un precio promedio de 8.5 centavos de dólar/kWh para la electricidad

25) Dos máquinas térmicas A y B transmiten toda la potencia que producen a las máquinas refrigeradoras R1 y R2 como se observa en la figura. Se conoce los siguientes datos:

· Las máquinas A y R2 son

máquinas de carnot

· La eficiencia de la máquina A es la

mitad del coeficiente de la

máquina R2

· Se conoce que QH de la máquina

A es 100 Kw y el QL de la

máquina R2 es 28,125 Kw, y el

QH de la máquina R1 es 20 Kw

· Todo el calor que rechaza la

máquina A la recibe la máquina B

· El trabajo producido por la

máquina B es un tercio del trabajo

producido por A

Determine: 1. Potencia de la máquina térmica A

2. Temperaturas T1 y T3

3. Compruebe si las máquinas B y R2

son reversibles, reales o

imposibles

26) Una planta generadora (Máquina Térmica) tiene una potencia de salida de 500 MW. La planta recibe calor de una fuente a 200 ºC y lo libera a 40 ºC. Si el sistema opera con la mitad de la máxima eficiencia posible. Determine:

a. La rapidez con la que se libera el

calor de desperdicio

b. Si el calor desperdiciado va a un

rio que tiene un flujo másico de

1.2 X 10E6 kg/seg y el calor

específico del agua Cp = 4,1813

kJ/kg.ºC, ¿Cuál es el aumento de

temperatura del rio?

27) Se dispone de un refrigerador (A) que

consume 5 kW de potencia para mantener la temperatura del espacio refrigerado en -10 °C, extrayendo 10 kW calor del mismo y disipando calor hacia el aire de la oficina donde se encuentra, la cual se mantiene a una temperatura de 18°C gracias a un aire acondicionado (B) que disipa calor al medio exterior que se encuentra a 35°C y consume 1 kW de potencia. Determine:

1) COP de las máquinas refrigeradoras

A y B

2) Determine si las máquinas

refrigeradoras A y B son reales,

ideales o imposibles

3) Cuál sería la mínima potencia

requerida por cada máquina para

lograr mantener las temperaturas de

los depósitos térmicos en los valores

indicados

Segunda ley para sistema:

1) El agua en un conjunto de pistón y cilindro esta a 1000 kPa y 500 ºC. Existen dos soportes uno inferior donde el Vmin=1 m3 y uno superior donde Vmax=3 m3. El pistón se carga con una masa y la atmósfera exterior, de modo tal que flota cuando la presión es de 500 kPa. Este

conjunto se enfría hasta 100 ºC por ceder calor al medio ambiente a 20 ºC . Determine:

a) el cambio neto de entropía para el proceso

Respuestas: a) 26,31 kJ/K

2) Dos tanques contienen vapor y están conectados a un cilindro pistón, como se muestra en la figura. Al inicio, el pistón está en el fondo y su masa es tal que una presión de 1.4 MPa por debajo de él puede levantarlo. El vapor en A tiene una masa de 4 kg a 7 MPa y 700oC, y B de 2 kg a 3 MPa y 350oC. Las dos válvulas se abren y el agua alcanza un estado uniforme. , suponiendo que no hay transferencia de calor. Nota: no olvide que u = h - Pv Determine:

a) La temperatura final b) La variación de entropía neta para

el proceso

Respuestas: a) 441,43 ºC; b) 1,6854

kJ/Kgk

3) Considere el proceso que se muestra. El tanque A aislado tiene un volumen de 600 l y contiene vapor a 1400 kPa y 300 ºC. El tanque B, sin aislar tiene un volumen de 300 l y contiene vapor a 200 kPa y 200 ºC. Se abre la válvula que conecta los dos tanques y fluye vapor de A hacia B hasta

que la temperatura en A llega a 250 ºC. se cierra la válvula. Durante el proceso se transfiere calor de B al entorno a 25 ºC, de modo que la temperatura permanece constante en 200 ºC. Se supone que el vapor que queda en A ha sufrido una expansión adiabática reversible. Determine:

a) La presión final en cada tanque b) La masa final en el tanque B c) El cambio neto de entropía para

todo el proceso

Respuestas: a) 949,52 kPa, 799,85 kPa;

b) 1,15 Kg; c) 0,7627 kJ/KgK

4) En el siguiente sistema existe un cilindro-pistón sin fricción inicialmente aislado, dentro del tanque se tiene 0.19 kg de agua a 200 kPa y 300 ºC. Externamente existe una fuerza que comprime el agua lentamente hasta los soportes inferiores en los cuales el volumen es de 150 litros. Después de alcanzar los topes, es retirado el aislamiento y se permite que el sistema intercambie calor con los alrededores que se encuentran a 373K, hasta el momento en el cual el incremento neto de entropía es de 0.03 kJ/K .Determine:

(a) Presión dentro del sistema cuando el pistón toca los soportes inferiores

(b) El trabajo total realizado. (c) Presión y temperatura final del

sistema. (d) Calor intercambiado durante el

proceso.

5) Un globo elástico soporta una presión interna P0=100 kPa hasta que tiene un diámetro de D0=0,5 m, después de lo cual se

( )1 7

0

0

* ; R R R

DP P C D D donde D

D

- - æ ö= + - = ç ÷

è ø. El globo, que inicialmente esta plano y vacío, se conecta mediante una válvula a aun tanque rígido de 130 l, aislado que contiene amoniaco a 1000 kPa y 50 ºC. Se abre la válvula y el amoniaco fluye del tanque al globo inflándolo hasta que pasa por un punto de presión máximo de 300 kPa. Durante el proceso el amoniaco que permanece en tanque A ha sufrido una expansión adiabática reversible y la temperatura dentro del globo permanece constante a la temperatura ambiente de 20 ºC. Determinar:

a) La presión dentro del tanque cuando el globo alcanza la presión máxima de 300 kPa

Respuestas: a) 501 kPa.

6) Un cilindro aislado térmicamente excepto por una de sus paredes, tal como se muestra en la figura, esta dividido en dos compartimientos Ay B, mediante un pistón no conductor del calor. El movimiento del pistón esta restringido por un pasador. Inicialmente el compartimiento A contiene 4 Kg de R-12 a 960,7 kPa ocupando un volumen de 50 l. El compartimiento B contiene agua a 3000

kPa y 350 ºC, ocupando un volumen de 100 l. Se procede a retirar el pasador de manera que este se mueva libremente hasta que la presión es de 2000 kPa. Durante este proceso se permite el intercambio de 100 kJ de calor con los alrededores que se encuentran a 313 K. Determine:

a) Temperatura final en cada compartimiento

b) Trabajo intercambiado por el R-12 c) ¿El proceso es posible o no?

7) Un dispositivo cilindro pistón contiene 2 kg de amoniaco con una calidad del 25 % y -15 ºC de temperatura, el pistón es antifricción y no conductor del calor. Conectado al pistón existe un resorte que inicialmente esta comprimido. El amoniaco intercambia calor libremente con el medio exterior que se encuentran a 30 ºC, hasta alcanzar el equilibrio térmico con el mismo. Durante el proceso el cambio neto de entropía es de 0.8 kJ/K. determine:

a) Presión final b) Calor intercambiado con el

ambiente c) Trabajo realizado o recibido

durante el proceso.

8) El arreglo cilindro pistón mostrado consta de dos compartimientos A y B

divididos mediante un pistón adiabático y sin fricción. El compartimiento A, completamente aislado térmicamente, contiene 0,05 kg de agua ocupando un volumen de 0,5 m3 a 50 kPa; mientras que el B contiene 0,5 m3 de agua a 100°C. Se procede a suministrar calor muy lentamente al agua en B desde el medio ambiente a una temperatura To, hasta que al sistema alcanza una presión de 100 kPa. Determine:

a) Temperatura final del agua en B b) Trabajo realizado por B c) Calor recibido por B d) Si el medio ambiente tiene una

temperatura To=500K, determine si el proceso es posible.

9) Se tiene un globo esférico que cumple

con la ecuación *P C V= ; inicialmente dentro del globo hay 2 kg de amoniaco a -30 ºC con calidad del 40 %, este sistema es expuesto a un fuente externa que se encuentra a 433 K, se produce un intercambio de calor hasta el instante en que la variación de entropía neta para el proceso es de 3.12 kJ/K. Determinar:

1) Determinar la presión final 2) Trabajo realizar 3) Calor transferido

10) Un arreglo cilindro pistón aislado térmicamente contiene amoníaco (NH3) inicialmente a -20°C y 80% de calidad ocupando un volumen de 10 litros. Se retira el pasador que sostiene al pistón y este se mueve hasta que alcanza el equilibrio mecánico. El pistón tiene una masa tal que se requiere una presión de

800 kPa dentro del cilindro para vencer la presión atmosférica. Después de alcanzar dicho estado, se retira el aislante y se permite el intercambio de calor con el medio ambiente que se encuentra a 30 °C hasta que finalmente el amoníaco alcanza el equilibrio termodinámico con el medio ambiente. Determine:

a) Trabajo realizado durante todo el proceso.

b) Calor transferido durante todo el proceso.

c) Determine si el proceso es posible según la segunda ley de la termodinámica

11) Un tanque rígido adiabático de 1000 litros contiene agua a 300 ºC y 300 kpa, está conectado mediante una válvula a un globo cuya presión es directamente proporcional al volumen, inicialmente dentro del globo hay agua a 50 kPa y 100 ºC con un volumen de 500 litros. Se procede abrir la válvula lentamente hasta que la presión en el tanque alcanza un valor de 200 kPa y la temperatura del agua en el globo es de 150 ºC. Se sabe que la masa que queda en el tanque sufre una expansión adiabática reversible. Determine:

a) Estado final en cada tanque. b) Calor transferido durante el

proceso c) Determine si este proceso es ideal,

real o imposible.

12) En el sistema termodinámico mostrado en la figura, se tienen dos cilindros A y B totalmente aislados, en el cilindro A exite inicialmente agua a 3500 kPa y 500 ºC, en el cilindro B hay un pistón sin fricción y no conductor del calor que reposa en la parte inferior del compartimiento, además existen 3 kg de R-12 a 500 kPa y 70 ºC, estos cilindros están conectados por medio de una válvula que inicialmente está cerrada. La válvula es abierta lentamente hasta el momento en que se alcanza el equilibrio mecánico entre ambos cilindros, en ese momento el agua que se encuentra en el cilindro A y B tiene un estado uniforme. Se sabe que para levantar el pistón es necesaria una presión de 200 kPa. Determine:

(a) Presión y temperatura final en A y B.

(b) Determine si este proceso viola o no la segunda ley de la termodinámica

13) En la figura mostrada, se observan dos tanques rígidos interconectados A y B. El tanque A de 1 m3 totalmente adiabático contiene agua a 600kPa y 300°C; mientras que el tanque B no aislado térmicamente y con un volumen de 0,5 m3 contiene 1 kg de agua a 200 kPa. Se abre lentamente la válvula que interconecta los tanques y

cuando se iguala la presión se cierra la válvula, momento en el cual la temperatura en el tanque B es de 200 °C. Se puede asumir que la masa que queda en el tanque A ha sufrido una expansión adiabática reversible. Para la situación planteada determine:

· Presión Final de A y B

· Temperatura final de A

· Si la temperatura del medio

ambiente es de 200 ºC determine si

este proceso es: ideal, real o

imposible.

14) Se tiene un sistema de cilindro pistón conectado a un tanque rígido tal y como se muestra en la figura. Inicialmente dentro del tanque A se tiene amoniaco a 1400 kPa y 220 ºC ocupando un volumen de 250 litros; en el cilindro B se tiene amoniaco a 400 kPa y 140 ºC ocupando un volumen de 50 litros. La válvula que inicialmente está cerrada es abierta hasta el momento en el cual el sistema alcanza un estado uniforme y el equilibrio térmico con el medio exterior. Se sabe que para este proceso el sistema presenta un cambio neto de entropía igual a 0.63 KJ/ K. Para la situación planteada determinar:

a) Temperatura de medio exterior. b) Calor transferido durante el

proceso. c) Trabajo realizado durante el

proceso.

15) Se tiene un sistema cilindro pistón sin fricción accionado por una fuerza externa tal y como se muestra en la figura. Inicialmente dentro del cilindro se tiene 10 litros de amoniaco a 0 ºC y se sabe que la masa de líquido para este estado es el 10% de la masa total. La fuerza externa comprime al amoniaco en un proceso cuasiestático hasta el momento en el cual se han realizado 14 kJ de trabajo sobre el amoniaco. Si el proceso es adiabático determinar.

· Presión y temperatura en el estado final

16) Se tiene un sistema de tanque rígido

aislado térmicamente excepto por una de sus caras tal y como se muestra en la figura, dicho tanque es dividido por un pistón adiabático sin fricción en dos compartimientos A y B, inicialmente en el compartimiento A se tiene agua a 200 kPa con calidad del 20 % ocupando un volumen de 500 litros, en B hay agua a 150 ºC ocupando un volumen de 500 litros, se transfiere calor muy lentamente al agua en B hasta el momento en el cual la temperatura del agua en dicho compartimiento alcanza los 600 ºC. para la situación planteada se desea conocer lo siguiente:

1) Presión final

2) Temperatura final en el

compartimiento A

3) Trabajo y calor para el

compartimiento B

4) Si la temperatura del medio exterior

es de 700 ºC determinar si el proceso

es posible o no

17) Se tiene un sistema aislado térmicamente compuesto por un cilindro pistón sin fricción, inicialmente dentro del cilindro se tiene 5 litros de agua a 5000 kPa y 220 ºC, externamente existe una fuerza que permite al agua expandirse lentamente hasta un volumen de 211

1. Estado termodinámico cuando el volumen es de 211 litros. 2. Trabajo del proceso de expansión. 3. Cambio neto de entropía sabiendo que la temperatura del medio exterior es de 30 ºC