Examen Parcial de Termodinamica Para La Ingenieria I

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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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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