algunos ejercicios de cengel y faires termodinamica

8/17/2019 algunos ejercicios de cengel y faires termodinamica

http://slidepdf.com/reader/full/algunos-ejercicios-de-cengel-y-faires-termodinamica 1/23

Escuela Superior Politécnica de Chimborazo

Termodinámica I

Tema: Introduccióny

Conceptos

Nombre: Código:

David Quevedo 6 !6

"Facultad de Mecánica"

Escuela de Ing. MecánicaEscuela de Ing. Mecánica

Tarea 1

Unidad 1

Quinto SemestreQuinto Semestre

"B""B"



"echa de entrega: #$%6&$'&%$Tarea: Resolver los problemas seleccionados del capítulo 1 INTRODUCCIÓN Y CONCEPTdel libro" Termodin#mica! YUNE $% CEN&E' (IC)$E' $% *O'E % +ptima edici,n%

1-9 ( !') de latitud* la aceleración gra+itacional en ,unción de la altura z

sobre el ni+el del mar es g= a− bz * donde a = 9.807 ms

2 yb= 3.32 x10 −6s− 2

-

.etermine la altura sobre el ni+el del mar donde el peso de un ob/etodisminu0a en $-' por ciento- Respuesta 14.770 m

DATOS

g= a− bz

a = 9.807 ms

2

b= 3.32 x 10 − 6 1

s2

RESOLUCIÓN

CONDICION DEL EJERCICIO

100 − 0.5 = 99.5

Wt = 0.995 Ws

g= a− bz Wt = 0.995 mgs

1

2

3

m

#

%

Wt = 0.995 m(9.81 )

Wt = m(9.807 − 3.32 x 10 − 6 z)



g= 9.807 ms

2 − 3.32 x10 − 6 1

s2 z

W = mg

0.995 m(9.81 )= m(9.807 − 3.32 x 10 − 6 z)

z(3.32 x10 − 6 )= 9.81 (1 − 0.995 )

RESPUESTA : z= 14774.1

% 4



1-42 5os humanos se sienten más cómodos cuando la temperatura estáentre 6')" 0 ')"- E7prese esos l8mites de temperatura en )C- Con+ierta eltama9o del inter+alo entre esas temperaturas %$)"; a <* )C* =- >?a0 algunadi,erencia si lo mide en unidades relati+as o absolutas@

DATOS RESOLUCIÓN

Ts= 75 ° F

Ti= 65 ° F T (°C )=5

9(T (° F )− 32 )

T (°C )=5

9(T (° F )− 32 )

ΔT = 10 ° F T (°C )=5

9 (75 − 32 )

T (°C )=5

9(65 − 32 )

T (°C )= 18.3 ° C

T (°C )= 23.9 ° C

∆ T ( R)= ∆ T (° F ) ΔT (° C )=5

9( ΔT (° F ))

∆ T (° F )= 10 ° F ΔT (° C )=5

9(10 )

ΔT (°C )= 5.6 ° C

∆ T (° C )= ∆ T ( K )

∆ T ( K )= 5.6 K

T & T &

C( DIB .E



1-53 El agua en un recipiente está a presión* mediante aire comprimido*cu0a presión se mide con un manómetro de +arios l8 uidos* como se +e en laFgura P %&'G- Calcule la presión manométrica del aire en el recipiente si

h 1 = 0.2 m , h 2 = 0.3 m yh3 = 0.46 m - Suponga ue las densidades de agua*

aceite 0 mercurio son1000 Kg

m3 , 850 Kg

m3 y13600 Kg

m3 respecti+amente-

DATOS

h 1 = 0.2 m

h 2 = 0.3 m

h 3

=0.46 m

ρH 2 O= 1000 Kgm

3

ρHg= 13600 Kgm

3

ρAceite= 850 Kg

m3

RESOLUCIÓN

P 1 + ρH 2 Ogh 1 + ρH 2 Ogh 2 − ρH 2 Ogh 2 − ρacgh 1 + ρacgh 1 + ρacgh 2 − ρHggh 3 = P 2

P 1 =− ρH 2 Ogh 1 − ρacgh 2 + ρHggh 3 + P 2

− (1000 ) (0.2 )− (850 ) (0.3 )+(13600 ) (0.46 ) P 1 =( 9.8 )¿

P 1 − P 2 = 56849.8 Pa

FI URA ! 1-



1-5" 5os diámetros del émbolo ue muestra la Fgura P%&' E son 1 = 3 !"#g y 2 = 1.5 !"#g - .etermine la presión* en psia* en la cámara*

cuando las demás presiones son P 1 = 150 !sia y P 2 = 250 !sia -

DATOS

1 = 3 !#g

2 = 1.5 !#g

P 1 = 150 Psia

P2

=250

Psia

m= 1 Kg

RESOLUCIÓN

=E(5I3( BS AN .C5

$Fy = 0

FP 1 − FP 2 − FP 3 = 0

P 1 A 1 − P 2 A2 − P 3 A 3 = 0

( P 1 A 1 − P 2 A2 ) 1

A3= P 3

(150 ( % ∗9

4)− 250 ( % ∗2.25

4))

4

% (6.75 )= P 3

(150 ( % ∗9

4)− 250 ( % ∗2.25

4))

4

% (6.75 )= P 3

116.6667 Psia = P 3



1-#4 El barómetro básico se puede utilizar para medir la altura de unediFcio- Si las lecturas barométricas en la parte superior 0 en la base delediFcio son 6 ' 0 6H' mm ?g respecti+amente* determine la altura delediFcio- Tome las densidades del aire 0 del mercurio como %-% gJmG 0 %G6$$

gJmG* respecti+amente

DATOS

Ps= 675 mmHg

Pb = 695 mmHg

ρai&e= 1..18 Kgm

3

ρHg= 13600 Kgm

3

RESOLUCION

P 1 +( ρai&e) (g ) (he'i(ici) )+( ρ ai&e) (g) (hbase )= P 2

P 2 − P 1 = ( ρ ai&e) (g) (he'i(ici) )

(he'i(ici) )= P 2 − P 1

ρai&e(g)

(he'i(ici) )= 9265905 − 8999206

1.18 (9.81 )

(he'i(ici) )=230

m

1-#9 Se conectan un medidor 0 un manómetro a un recipiente de gas paramedir su presión- Si la lectura en el medidor es $ Pa* determine la distancia



entre los dos ni+eles de Kuido del manómetro si éste es a; mercurio

ρ= 13600 Kgm

3 b; agua ρ= 1000 Kgm

3 -

DATOS

Pma* = 80 KP

ρH 2 O= 1.18 Kgm

3

ρHg= 13600 Kg

m3

RESOLUCION

a- P= ρHg (g)(h)

h 1 = 80000

13600 (9.81 )

h 1 = 0.6 m

b- P= ρH 2 O (g )(h)

h 1 = 80000

1000 (9.81 )

h 1 = 8.15 m

1-$5 5a presión arterial má7ima en la parte superior del brazo de unapersona saludable es de alrededor de %#$ mm ?g- Si un tubo +ertical abierto a



la atmós,era se conecta a la +ena del brazo* determine cuánto ascenderá la

sangre en el tubo- Considere la densidad de la sangre como1050 Kg

m3

DATOS Pa&t = 1200 mmHg

ρsa*g&e= 1050 Kgm

3

RESOLUCION

P= ρSA+,RE (g ) (h )

h= P ρg

h= 15998.7

1050 (9.8 )

h= 1.55 m

1-"% Calcule la presión absoluta P%* del manómetro de la Fgura P%& $* enPa- 5a presión atmos,érica local es ' mm ?g-

DATOS

120

mmHg∗1 atm760 mmHg

∗101325 Pa

1 atm = 15998.7 Pa



ρ. =1000 (9.8 ) (0.55 )

9.8 ∗0.65

ρ. = 846.154 Kg

m

3

1-9# El piloto de un a+ión lee una altitud de H $$$ m 0 una presión absolutade #' Pa cuando +uela sobre una ciudad- Calcule en Pa 0 en mm ?g lapresión atmos,érica local en esa ciudad- Tome las densidades del aire 0 elmercurio como %-%' gJmG 0 %G 6$$ gJmG* respecti+amente-

DATOS

h= 9000 m

Pabs = 25 KPa

ρai&e= 1.15 Kgm

3

ρHg= 13600 Kgm

3

RESOLUCION

Patm = Pabs + Pma*

Patm = 25000 + ρai&e(g) (h)

Patm = 25000 +1.15 (9.8 ) (9000 )

Patm = 126.430 KPa

1-114 Ana olla de presión cuece mucho más rápidamente ue una ollaordinaria manteniendo una presión 0 una temperatura más alta en el interior-5a tapa de una olla de presión está bien sellada* 0 el +apor sólo puede escaparpor una abertura en medio de la tapa- Ana pieza separada de metal* la +ál+ula

126430 Pa∗760 mmHg101325 Pa

= 948.302 mmH



de purga* está encima de esta abertura* 0 e+ita ue el +apor se escape hastaue la ,uerza de la presión +ence al peso de la +ál+ula de purga- El escape

periódico del +apor e+ita de esta manera cual uier acumulación peligrosa depresión* 0 mantiene la presión interna a un +alor constante- .etermine lamasa de la +ál+ula de purga de una olla de presión cu0a presión de operación

es %$$ Pa manométrica 0 tiene un área de sección trans+ersal de la aberturade ! mm #- Suponga una presión atmos,érica de %$% Pa* 0 dibu/e el diagramade cuerpo libre de la +ál+ula de purga-

DATOS

Pma* = 100 KPa

A= 4 mm2 = 4 x 10 − 6

m

Patm =101

KPa

RESOLUCION

=ealizamos el .C5 de la +ál+ula de purga

1-11$ An tubo en A tiene sus ramas abiertas a la atmós,era- Entonces* se

+ierten +olLmenes iguales de agua 0 aceite ligero ρ= 49.3 #bm !ie

2 ; en las

ramas- Ana persona sopla por el lado del aceite del tubo en A* hasta ue lasuperFcie de contacto entre los dos l8 uidos se mue+e hasta el ,ondo del tuboen A* por lo ue los ni+eles de l8 uido en las dos ramas son iguales- Si la altura

$Fy = 0

F − mg= 0

P ()##a)∗ A= mg

m=100000 ∗4 x1 0 − 6

9.8

m

" P



de l8 uido en cada rama es G$ pulgadas* calcule la presión manométrica uee/erce la persona al soplar-

DATOS

(ceite ligero ρ=49.3 #bm

!ie 3 ;

ρH 2 O= 1000 Kgm

3

h= 30 !#gs

RESOLUCION

P 1 + ρ(aceite )∗g∗h− ρ (ag"a )∗g∗h= Patm

P 1 − Patm = ρ (ag"a )∗g∗h− ρ (aceite )∗g∗h

P 1 − Patm =( ρ(ag"a )− ρ (aceite ))g∗h

P 1 − Patm = (1000 − 789.575 )9.8 ∗0.762

P 1

− Patm

=1571.36973 Pa

Ejercicios del

Problemario de Faires



5 El +alor ecuatorial de la aceleración de la gra+edad a ni+el del mar es

g= 9.780 ms

2 - Suponiendo ue g disminu0e $-$$Gms

2 por <m ue se

ascienda* hállese la altura por encima de dicho ni+el para un punto en el cual

a. el valor de la aceleración de la gravedad es g= 9.298ms

2 &' e(

)e*o de u+ ,o &.e dado di* i+u/e e+ 50 32'%"" !ies

2 %'%%3 !ies

2

1%%% )ie* 3%'5%4 !ies

2 50

DATOS

g (*i/0ma&)= 9.780 ms

2

g disminu0e $-$$Gms

2 por <m

h 4@ g 4 H-#Hms

2

RESOLUCION

a- g%49.780 m

s2

g#4 H-#Hms

2

Mg 4 H- $ H-#H

Mg 4 $-! #ms

2

#

?

Ni+el

%



h= Δgg'ism / Km

h=0.482

0.003= 160.67 Km

b. W1=1W2=!.9"

12 .ado el recipiente de dos comportamientos

representado en la Fgura el manómetro ( marca #- %1g

cm2 manO el

manómetro D* ue se encuentra dentro del comportamiento 1* marca %-$''

1gcm

2 man- Si el barómetro marca -6 cm de ?g de e. +e*e 6u7( e* (a

(e6 u.a de( a+8 e .o C / 6o+vi . a*e a u+ va(o. a&*o(u o'

40 #b !#g

2 ma* 215 #b !#g

2 ma*230.55 !#g 'e Hg

DATOS

P( 4 #- %1g

cm2

Δ = 9.78 − 9.291

Δ, = 9.78 − 9.291

Δ = 0.489 ms

2

h= Δgg'ism / Km

#4mg#

% 4 mg%

m4

1 : 2

g 2 = W 2∗g 1

W 1

g 2 =0.95 ∗9.78

1



PD 4 %-$''1g

cm2

Pbar 4 -6 cm de ?g

RESOLUCIONPC 4 P( PD

PC 4 #- % %-$'6;1g

cm2

PC 4 %- ''1g

cm2

Pabs 4 PC Q Patm

Pabs 4 %- '' Q %-$'G

Pabs 4 #- %1g

cm2

1# An manómetro simple de mercurio conectado a una tuber8a de corrienteda lecturas ue se indican en la Fgura- 5a gra+edad local es la normal 0 la

masa espec8Fca del mercurio es %G-'%g

cm3 - ;7((e*e (a ).e*i8+ e+ (o*

)u+ o* < / = 6ua+do (a u&e. a / (a .a a i>?uie.da 6o+ e+@a+ a' Ai.e

6u/a a*a e*)e6 6a e* 1'153 Kgcm

3 &' a@ua 6u/a a*a e*)e6 6a

e* 994'" Kgcm

3 ' 6' Re*)8+da*e a (a* ).e@u+ a* a' / &' *i (a @.avedad

(o6a( e* @ : 9'144ms

2 %'4""#b

!#g3 %'%$2

#b !ie

3 #2'1#b

!ie3 3%

!ies

2 ' E+ (a @u.aB 1%26 4%)(@ #3'56 25)(@

Pbar 4 -6 cm ?g R10 mmHg

1 cmHg R

1 atm 1.033 Kg



DATOS

ρHg= 13.51 gcm

3 4 %G-'%$ Kgm

3

a- ρai&e= 1.153 Kgm

3

b- ρaag"a = 994.8 Kgm

3

c- g= 9.144 ms

2

RESOLUCION

a- Px + ρai&∗g∗h− ρHg∗g∗h= Patm

Px= Patm − ρai&∗g∗h+ ρHg∗g∗h

Px = 101325 − 1.153 ∗9.8 ∗1.02 +13.510 ∗9.8 ∗0.635

Px= 185386.2 Pa

Py− ρHg∗g∗h= Patm

Py= ρHg∗g∗h+ Patm

Py = 13.510 ∗9.8 ∗0.635 +101325

Py= 185397.73 Pa

b- Px + ρag"a ∗g∗h− ρHg∗g∗h= Patm



Px = Patm − ρag"a ∗g∗h+ ρHg∗g∗h

Px= 101325 − 994.8 ∗9.8 ∗1.02 +13.510 ∗9.8 ∗0.635

Px = 175453.71 Pa

Con g= 9.144 ms

2

a- Px= Patm − ρai&∗g∗h+ ρHg∗g∗h

Px = 101325 − 1.153 ∗9.144 ∗1.02 +13.510 ∗9.144 ∗0.635

Px= 179759 Pa

Py = 179770 Pa

b- Px= 170491.52 Pa

Py = 179770 Pa

19 - An émbolo macizo P* sin rozamiento* cu0a masa es de % -# <ilogramos*se tira hacia arriba en el interior de un tubo +ertical de %'-#cm* cu0o e7tremo

in,erior se encuentra en un tan ue de agua masa espec8Fca 4 %$$$ Kgm

3 ; 0

su e7tremo superior abierto a la atmós,era de %-$' Kgcm

2 abs- éase la

Fgura- El agua se ele+a en contacto con el émbolo* hasta una altura de 6-%msobre la superFcie del tan ue- Si la aceleración local de la gra+edad es H-!'

ms

2 - ?állese a' (a ue.>a de .a66i8+ F *o&.e e( &o(o ?ue *e

+e6e*i a a (a a( u.a de #'1 &' (a ).e*i8+ e e.6ida )o. e( a@ua *o&.e

e( &o(o e+ e* e )u+ o 4%(& #)(@ #2'4#b

!ie3 15

#b !ie

2 a&*



2%)ie* 31#b

!ie2 2% )ie* e+ (a @u.a 15'2 6 # )(@ #'1%

2%)ie* '

DATOS

m4 % -# <g

. 4 %'-# cm

ρH 2 O= 1000 Kgm

3

Patm 4 %-$' Kgcm

2 4 %$#HH-#' Pa

g= 9.45 ms

2

h4 6-% m

RESOLUCION

6-%

?#

$Fy = 0

F + Fe − Fa − W = 0

F =− Fe + Fa +W

F = 171.99 +1868.89 − 1046.02

Pa"

"e



Fa = Pa∗ A

Fa = 1029.925 ∗0.18146

Fa =1868.89

+

Fe= ρH 2 O∗g∗3

Fe= 1046.02 +

c- Presión del émbolo

Fe A

= Pe

1046.02

0.18146= Pe

57645.17 Pa = Pe

29' un Kuido circula de manera uni,orme entre dos secciones de unatuber8a- En la sección %: (%4 $-$Hm #O + 4G$$ mJminO %4 $-#! m GJ<g- En lasección #: (#4 $-% m #* #4 G-GGG <gJm

G- Ca(6 (e+*eB a' e( @a* o G@ H ,./ &' (a ve(o6idad H*e@ e+ (a *e66i8+ 2' 1 )ie 2 1%%% )ie* H i+ 4)ie* 3(& 2 )ie* 2 %'2% (&H)ie3 @a* o e+ (&H,. ve(o6idad e+ )ie*H*e@

DATOS

(% 4 $-$Hm #

+4 'mJs

W = mg

W = 18.2 ∗9.45



% 4 $-#! m G J<g

SECCIBN #

(#4 $-% m #

ρ 2 = 3.333 Kg /m 3

RESOLUCION

3 1 = A∗/

3 1 = 0.09 ∗5

3 1 = 0.45 m GJs

3%- .os corrientes gaseosas entran en un tubo mezclador 0 salen como unasola mezcla- En las secciones de entrada se aplican los siguientes datos* paraun gas: (% 4 !6 - ' cm #* +%4 %'$ mJseg* %4 $-6m GJ<gO para el otro gas: (#

4 G#%-' cm #* #4 # $$$ <gJhr ρ 2 = 2 Kg/m3

- ( la salida* +G4%$'mJseg*

G4$-!# m GJ<g- ;7((e*e a' (a ve(o6idad v2 e+ (a *e66i8+ 2 &' e( @a* o/ e( 7.ea e+ (a *e66i8+ de *a(ida' $5 )(@ 2 5%% )ie*H*e@ 1% )ie*3H(&5%)(@2 #%%%% (&H,. %'12 (&H)ie3 35% )ie*H*e@ $ )ie* 3H(&

DATOS

(% 4 !6 - ' cm # 4 $-$!6 ' m #

+% 4 %'$ mJs

4 $-6 m G J<g

/ = 3 m 4 = m

t

3 = 3 t

4 = 3 /

=0.45

3 1 = 3 2

A 1∗/ 1 = A2∗/ 2

(G(%

(#



(# 4 G-#' cm # 4 $-$G%#' m #

4# $$$$ <g Jh

ρ= 2 Kg /m 3

+G4 %$' mJs

G4 $-!# m GJ<g

RESOLUCIÓN

3 1 = A 1∗/ 1

3 1 = 7.03125 m3

s

/ = 3 4

4 =3 /

4 =7.03125

0.6

4 = 11.718 Kgs

4 =42187.5 Kg

h

3 2 = A2∗/ 2

3 1 +3 2 = 3 3

4 1 + 4 2 = 4T

270000 +42187.5 = 4T

69187.5 Kg/h= 4T

A 1 + A 2 = AT

0.046975 +0.03125 = AT

0.078125 m2 = AT

781 025 cm2 = AT

/ = 3 m 4 = m

t / =1

ρ

/ 2 = 120 m /s



3 2 = 3.75 m3

s

algunos ejercicios de cengel y faires termodinamica

Documents

Transcript of algunos ejercicios de cengel y faires termodinamica