TERMODINAMICAGua de Ejercicios Propuestos Unidad 1Profesora: Dra. Mara Anglica Bosse F.

Departamento de Ingeniera Qumica

1.- Representar en un diagrama las siguientes situaciones identificando si es unsistema o volumen de control, los lmites del sistema o la superficie de control.a,- Los gases de combustin en un cilindro durante la etapa de potencia.b.- Los gases de combustin en un cilindro durante la etapa de expansin.c.- Un globo descargando aire.d.- Un neumtico que se calienta durante la conduccin de un automvil.e.- Una olla a presin durante la operacin

R: a.- sistema.b.- volumen de control.c.- volumen de control.d.- sistema.e.- volumen de control.

2.- Cul de los siguientes procesos puede ser aproximado por un proceso encuasi-equilibrio?a.- la expansin de los gases de combustin en un cilindro de motor de unautomvil.b.- la ruptura de una membrana de separacin de alta y baja presin en un tubo.c.- el calentamiento del aire en una habitacin con un calefactor.

R: a.- puede ser aproximado.b,- no puede ser aproximado.c.- no puede ser aproximado.

3.- Un lquido sub-enfriado es un lquido el cual es enfriado hasta una temperaturamenor a la que comnmente este se solidifica. Es este un sistema en equilibriotermodinmico? Por qu? Por qu no?

R: El sistema no se encuentra en equilibrio termodinmico.

4.- Convertir lo siguiente a unidades Sl.a.- 6 (pie) ; b.- 4 (plg3) ; c.'- 2 (slug) ; d.- 40 (pie-lbf)e.- 2000 (pie-lbf/s) ; t.- 150 (hp) ; g - 10 (pie3/s)R: a.- 1829 (m) ; b.- 65.56 (cm') , c,- 29.18 (kg)d.- 54.24 (N-nl) ; e.- 2712 (w) ; f.- 111.9 (kW)g.- 0.28321m3/s

5.- Determinar el peso de una masa de 10 (kg) en un lugar donde la aceleracinde gravedad es g = 9.77 (m/s2).R: El peso del cuerpo es de 97.7 (N).

6.- El peso de un cuerpo de 10 (lb) de masa se mide en un lugar dondeg = 32.3 (pie/s'). Cul debe ser la lectura?R: La lectura es de 9.91 (lbf),

7.- La aceleracin de gravedad se encuentra definida en funcin de la elevacinsobre el nivel del mar por la relacin g = 9.81 - 3.32*10-6h 1m/s2, con h en metros.Cul es el peso de un aeroplano a 10 kilmetros de elevacin cuando el peso alnivel del mar es de 40 (kN)?R: El peso del aeroplano es de 39.9 (kN).

8.- Calcular la fuerza necesaria para acelerar un cohete de 20000 (lbm)verticalmente hacia arriba a una razn de 100 (pie/s2). Asumir queg = 32.2 (pie/s2).R: La fuerza requerida alcanza a las 82.100 (lbf).

9.- Determine la desaceleracin de:a.- un automvil de 2.200 (kg).b.- un automvil de 1.100 (kg).Si se aplican repentinamente los frenos de tal modo que los cuatro neumticosresbalan. El coeficiente de friccin es igual a rl = 0.6 sobre el asfalto seco.(ry = F/N donde N es la fuerza normal y F la fuerza friccional).R: a.- 5.886 (m/s')b.- 5.886 (m/s2)

10.- La masa considerada por la tercera ley de Newton de la gravitacin (problema8 de Problemas resueltos Unidad 1) es la misma definida para la segunda ley delmovimiento de Newton. Ia.- muestre que si g es la aceleracin gravitacional, entonces g = kmJR2, dondem" y R son la masa y el radio de la tierra respectivamente y k es una constante.b.- considerando que el radio de la tierra es de 6370 (km), calcular la masa si laaceleracin de gravedad es de 9.81 1m/s2).R: b.- 5.968.10'o (log)

11.- (a) Un satlite orbita alrededor de la,tierra a 500 (km) sobre la superficie slocon la fuerza de atraccin actuando sobre 1. Estimar la velocidad del satlite.(Ayuda: la aceleracin en la direccin radial de un cuerpo movindose convelocidad V en una trayectoria circular de radio r es V2/r, esta debe ser igual a laaceleracin de gravedad (ver ejercicio 25 de Problemas Resueltos Unidad 1).R: 8210 (m/s)(b) Se ha reportado que el principal satlite de las tierra circunda el planeta a unavelocidad de 27.000 (km/h) y su altura mxima sobre la superficie es de 900 (km).

Asumiendo que la rbita es circular y considerando que la tierra tiene un dimetropromedio de 12.7O0 (km), determinar la aceleracin a esta altura considerando:a.- la tuerza de atraccin entre dos cuerpos.b.- la aceleracin radial de un objeto en movimiento.R: (a) 7.55 (m/s2)(b) 7.76 (m/s2)

12.- Complete lo siquiente si: g = 9.81 (m/s') v V = 10 (m").v (m'/kg) p(kglmr r(N/mo m (kg) r4l(N)

(a)(b)(c)(d)(e)

202

4100

100R: a.- 0.05b.- 0.5

c.- 2.452d.- 0.1e.- 0.981

0.490519.620.4077101.019

0.5 ,20;

4.077 ;98.1 ;10;

,

,

I

t

t

4.905196"24098110.19

13.- Completar lo siguiente, si Pat* = 100 (kPa) (ns= 13.6 nzd.(kPa)-,..- (kPa)"r'..t,,tt (fTllllHo)",.^r, *, (mHrO)-,"^-

(a)(b)(c)(d)

5150

3030

R: a.- 105 ; 787; 0.5097b.- 50 ; 1124 ; 5.097c.--96;4;-9.786d.- 294.3 ; 394.3; 2955

14.- Determinar la diferencia de presin entre la tubera de agua y la tubera deaceite de la figura siguiente.

R: 514 (kPa)

15.- Una compuerta de 250 (mm) de dimetro se ubica en un plato plano, permitela evacuacin cuando la presin de vaco alcanza los 700 (mmHg). El barmetrolocal indica 760 (mmHg). Encontrar la presin absoluta al interior del recipiente, ydeterminar la fuerza requerida para elevar la compuerta por sobre el plato.Despreciar el peso de la compuerta.R: 8005 (Pa); 4584 (N).

16.- Una placa horizontal de 2(m) de dimetro se encuentra localizada en el fondode un estanque con agua como muestra la figura. Determinar lafuerza F requeridapara comenzar a elevar la compuerta. Ver figura siguiente.

R: 77.0 (kN)

17.- Se determina que la temperatura de un cuerpo es de 26 fC), Determinar latemperatura en (R), (K) y ("F).

R: 538.8 (R); 29e (K); 78.8 (oF)

18.- La energa potencial almacenada en un resorte esta dada por 112 K'x2, dondeK es la constante de elasticidad del resorte y x es la distancia del resorte que seencuentra comprimida. Se disean dos resortes para absorber la energa cinticade un vehculo de 2.000 (kg). Determine la constante de elasticidad necesaria si lacompresin mxima es de 100 (mm) para una velocidad de 10 (m/s).R: 10.10o (N/m)

19.- La gravedad esta dada por g = 9.81 - 3.32*10-6h 1m/s2, donde h es la alturasobre el nivel del mar. Un aeroplano se encuentra viajando a 900 (km/h) y a unaaltura de 10 (km). Si su peso a nivel del mar es de 40 (kN), determine:a.- la energa cintica.b.- la energa potencial relativa al nivel del mar.R: 127.4 (MJ); 399.3 (MJ)