Problemas Procesos Politrópicos. Sistemas Cerrados PDF

Preview

Summary

Enunciados de ejercicios...

Description

Termodinámica Técnica Procesos Politrópicos Sistemas Cerrados 1

Una masa de aire sigue dos procesos consecutivos en un sistema cerrado. En el primero de ellos el aire experimenta una expansión desde p1 = 300 kPa y v1 = 0,019 m3/kg hasta p2 = 150 kPa, durante la cual la relación p-v sigue la ecuación p × v = cte. En el segundo proceso tiene lugar una compresión isobara, hasta que v3 = v1. Representar el proceso en un diagrama p-v y determinar el trabajo específico (kJ/kg) en los procesos.

2

Se comprime un gas en un sistema cerrado desde V1 = 0,09 m3 hasta V2 = 0,03 m3. La relación entre la presión y el volumen durante el proceso viene dada por la siguiente ecuación: p = -14 × V + 2,44 en donde las unidades de la presión y el volumen son bar y m3 respectivamente. Hallar el trabajo de compresión del proceso (kJ).

3

Un gas contenido en un dispositivo cerrado cilindro-pistón experimenta un proceso de compresión dado por la relación genérica p × Vn = cte. La presión inicial es 1 bar y el volumen inicial es 1 m3. El volumen final es igual a 0,4 m3. Hallar el trabajo necesario para comprimir el gas (kJ), en el caso de que: a) n = 2; b) n = 1; c) n = 0.

4

Calcular el trabajo de compresión realizado sobre un sistema cerrado cilindro-pistón en el que se comprimen 2 m3 de aire (gas ideal) desde unas condiciones iniciales de 15 ºC y 1 bar hasta que ocupa un volumen final 10 veces menor del inicial, suponiendo que el proceso sea: a) isotermo, b) isóbaro.

5

Un dispositivo cerrado cilindro-pistón contiene agua. Inicialmente, la presión es igual a 15 bar y la temperatura igual a 500ºC. El agua experimenta los siguientes procesos: 1  2, enfriamiento isobaro, con reducción de volumen, hasta estado de vapor saturado; 2  3, enfriamiento isocoro hasta una temperatura de 190ºC. Se pide: a) representar ambos procesos sobre diagramas p-v y T-v; b) calcular el trabajo específico (kJ/kg) para el proceso completo; c) calcular la transferencia de calor específica (kJ/kg) para el proceso completo.

1

6

Una cantidad fija de vapor de agua, inicialmente a 18 MPa y 560ºC, se enfría a volumen constante hasta que su temperatura alcanza 440ºC. Usando el modelo de gas ideal, se pide determinar: a) el volumen específico del agua en el estado inicial (m3/kg); b) la presión del agua en el estado final (MPa). Comparar estos resultados con los valores que se habrían obtenido mediante las tablas de vapor sobrecalentado.

7

En un elevador neumático abierto a la atmósfera, la masa del pistón y su carga es de 1000 kg y el área del pistón es de 0,6 m2. El elevador se encuentra conectado mediante una válvula con un tanque que inicialmente contiene 1,754 kg de aire a presión (3 bar) y a temperatura ambiente (298 K). En un momento dado, la válvula se abre y deja pasar aire al dispositivo cilindro-pistón, elevando la carga lentamente, hasta que las presiones en tanque y pistón se igualan. En ese momento se cierra la válvula de paso, y la masa de aire que queda en el tanque es igual a 0,893 kg. Sabiendo que el pistón se desplaza sin rozamiento y que todo el sistema es rígido y adiabático, calcular la temperatura final del aire (gas ideal) en el tanque.

8

Un dispositivo cilindro-émbolo contiene 0,8 kg de aire (gas perfecto), inicialmente a 20ºC. El émbolo, que tiene una masa de 12 kg y un diámetro de 5 cm, se encuentra en equilibrio y puede moverse libremente. La parte superior del cilindro se encuentra abierta a la atmósfera. En un momento dado se aporta calor desde el entorno hasta que la temperatura del aire es de 50ºC. Calcular la presión final en el interior del cilindro (bar), el cambio de volumen experimentado (m3), el trabajo (kJ) realizado por el aire sobre el émbolo y el calor (kJ) aportado desde el entorno.

9

Dos tanques rígidos se encuentran interconectados mediante una válvula, inicialmente cerrada. Uno de ellos contiene 2 kg de CO a 127ºC y 0,8 bar. El otro contiene 6 kg del mismo gas, a 77ºC y 1,4 bar. La válvula se abre y los gases se mezclan mientras reciben energía en forma de calor desde el entorno. La temperatura en el equilibrio final es de 102ºC. Usando el modelo de gas perfecto, se pide determinar: a) la presión final de equilibrio, en bar; b) la transferencia de calor en el proceso, en kJ.

2...