Capítulo 04: Análisis de energía de sistemas cerrados

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-183 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.183 En un artículo del Departamento de Energía, en Estados Unidos, de 1982 (FS #204) se dice que una fuga de una gota de agua caliente por segundo puede costar 1 dólar al mes. Use hipótesis razonables sobre el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-182 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.182 Se afirma que las frutas y verduras se enfrían 6 °C por cada punto porcentual de pérdida de peso en forma de humedad, durante su enfriamiento al vacío. Demuestre, con cálculos, si esa afirmación es razonable. Solución: Solución…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-181 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.181 Se le pide diseñar un sistema de calefacción para una alberca de 2 m de profundidad, 25 m de largo y 25 m de ancho. Su cliente desea que el sistema tenga la capacidad suficiente para elevar la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-180 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.180 Diseñe un experimento completo con su instrumentación, para determinar los calores específicos de un líquido, usando un calentador de resistencia. Describa cómo efectuar el experimento, qué medidas deben tomarse y cómo se determinarán los calores específicos. ¿Cuáles son…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-179 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.179 Alguien sugirió que el dispositivo de la figura P4-179 se use para aplicar la fuerza máxima F contra el resorte, cuya constante de resorte es k. Eso se obtiene cambiando la temperatura de la mezcla de líquido y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-178 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.178 Para almacenar energía en recipientes rígidos se usan gases comprimidos y líquidos que cambian de fase. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas en cada uno de esos casos, como medio de almacenar energía? Solución: Solución 1: Canal  …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-177 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.177 Un gas ideal se somete a un proceso de entropía constante (isentrópico) en un sistema cerrado. La transferencia de calor y el trabajo son, respectivamente. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-176 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.176 Un gas ideal se somete a un proceso de presión constante (isobárico) en un sistema cerrado. La transferencia de calor y el trabajo son, respectivamente. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-175 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.175 Un gas ideal se somete a un proceso de volumen constante (isocórico) en un sistema cerrado. La transferencia de calor y el trabajo son, respectivamente. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-174 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.174 Un gas ideal se somete a un proceso de temperatura constante (isotérmico) en un sistema cerrado. La transferencia de calor y el trabajo son, respectivamente. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-173 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.173 Un gas ideal tiene una constante de gas R = 0.3 kJ/kg · K, y el calor específico a volumen constante es cv = 0.7kJ/kg · K. Si el gas tiene un cambio de temperatura de 100°C, elija…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-172 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.172 El calor específico de un gas ideal a volumen constante es cv = 0.7 + (2.7 X 10-4)T (kJ/kg · K), estando T en kelvin. El cambio de energía interna para este gas ideal, cuando tiene un proceso…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-171 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.171 El calor específico de un gas ideal, a presión constante, es cp = 0.9 + (2.7 X 10-4)T (kJ/kg · K), estando T en kelvin. Para este gas ideal, el cambio de entalpía durante un proceso en el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-170 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.170 Una manzana tiene 0.18 kg de masa, y su calor específico promedio es 3.65 kJ/kg · °C; se enfría de 22 °C hasta 5 °C. La cantidad de calor transferido desde la manzana es. Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-169 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.169 Un huevo ordinario tiene 0.1 kg de masa, y su calor específico es 3.32 kJ/kg · °C; se introduce en agua hirviente a 95 °C. Si la temperatura inicial del huevo es 5 °C, la cantidad máxima de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-168 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.168 Se van a calentar 1.5 kg de agua líquida, de 12 a 95°C, en una tetera que tiene un elemento calentador de 800 W en su interior. Se puede suponer que el calor específico del agua es 4.18…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-167 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.167 Un calentador de resistencia eléctrica, de 2 kW, se sumerge en 5 kg de agua, y se enciende y permanece encendido 10 min. Durante el proceso, el agua pierde 300 kJ de calor. Entonces, el aumento de temperatura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-166 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.166 Un vaso contiene 0.45 kg de agua a 20 °C, y se va a enfriar a 0 °C, agregándole cubos de hielo a 0 °C. El calor latente de fusión de hielo es 334 kJ/kg, y el calor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-165 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.165 Un paquete con 6 latas de bebida debe enfriarse de 18 °C a 3 °C. La masa de cada bebida enlatada es 0.355 kg. Se puede considerar que la bebida es agua, y que la energía almacenada en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-164 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.164 Un recipiente tiene un calentador de resistencia y un mezclador; se llena con 3.6 kg de vapor de agua saturado a 120 °C. A continuación, el calentador y el mezclador se ponen a trabajar, se comprime el vapor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-163 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.163 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 5 kg de aire a 400 kPa y 30 °C. Durante un proceso de expansión isotérmica de cuasiequilibrio, el sistema hace 15 kJ de trabajo de la frontera y sobre el sistema se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-162 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.162 Un salón contiene 75 kg de aire a 100 kPa y 15 °C. En él hay un refrigerador, que consume 250 W de electricidad cuando está funcionando; también una TV de 120 W, un calentador de resistencia eléctrica…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-161 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.161 Un calentador eléctrico de 2 kW se enciende en un recinto desocupado por personas, y se mantiene encendido durante 15 min. La masa de aire en el recinto es 75 kg, y el recinto está herméticamente sellado, para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-160 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.160 Un salón bien sellado contiene 60 kg de aire a 200 kPa y 25 °C. Entonces, entra la energía solar al salón, a una razón promedio de 0.8 kJ/s, mientras que se enciende un ventilador de 120 W,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-159 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.159 Un recipiente rígido de 0.5 m3 contiene gas de nitrógeno a 600 kPa y 300 K. Entonces, se comprime isotérmicamente el gas hasta un volumen de 0.1 m3. El trabajo efectuado sobre el gas durante este proceso de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-158 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.158 Un recipiente rígido de 3 m3 contiene gas de nitrógeno a 500 kPa y 300 K. Entonces, se transfiere calor al nitrógeno, y su presión se eleva hasta 800 kPa. El trabajo efectuado durante este proceso es. Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-157 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.157 El calor específico de un material, expresado en unas raras unidades, es c 3.60 kJ/kg · °F. El calor específico de este material, en las unidades SI de kJ/kg · °C Solución: Solución 1: Canal      …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-156 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.156 Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción, y un recipiente rígido, contienen cada uno 3 kmol de un gas ideal a la misma temperatura, presión y volumen. Se les transfiere calor, y la temperatura de ambos sistemas sube 10…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-155 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.155 Se conectan dos recipientes adiabáticos de 10 pies3 mediante una válvula. Inicialmente, un tanque contiene agua a 450 psia con una calidad de 10 por ciento, mientras el segundo recipiente contiene agua a 15 psia con una calidad de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-154 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.154 Un kilogramo de dióxido de carbono se comprime de 1 MPa y 200 °C a 3 MPa, en un dispositivo de cilindro émbolo preparado para ejecutar proceso politrópico con n = 1.2. Use el factor de compresibilidad para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-153 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.153 Se comprime un kilogramo de dióxido de carbono, de 1 MPa y 200 °C, hasta 3 MPa, en un dispositivo de cilindro émbolo, arreglado para ejecutar un proceso politrópico PV1.5 = constante. Determine la temperatura final, considerando que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-152 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.152 Use las ecuaciones del problema 4-151 para determinar la energía explosiva de 20 m3 de vapor de agua a 10 MPa y 500 °C, suponiendo que el vapor se condensa y se convierte en líquido a 25 °C,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-151 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.151 Las explosiones catastróficas de las calderas de vapor, durante el siglo XIX y principios del siglo XX, causaron cientos de muertes, lo que incitó el desarrollo del Código ASME de Calderas y Recipientes a Presión, en 1915. Si…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-150 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.150 Un recipiente rígido aislado está dividido en dos compartimientos de distintos volúmenes. Al principio, cada compartimiento contiene el mismo gas ideal a idéntica presión, pero con diferentes temperaturas y masas. Se quita la pared que divide los dos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-149 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.149 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.35 kg de vapor de agua a 3.5 MPa, con 7.4 °C de sobrecalentamiento. A continuación, el vapor de agua pierde calor a los alrededores, y el émbolo baja, hasta un conjunto de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-148 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.148 Un dispositivo de cilindro-émbolo vertical, de 12 cm de diámetro, contiene un gas ideal a las condiciones del ambiente: 1 bar y 24 °C. La cara interna del émbolo está a 20 cm del fondo del cilindro. Entonces,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-147 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.147 Un dispositivo aislado de cilindro-émbolo contiene 1.4 kg de agua líquida saturada a 200 °C. Entonces se enciende una resistencia eléctrica colocada en el cilindro, durante 20 min, hasta que el volumen aumenta al cuádruple. Determine a) el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-146 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.146 Regrese al problema 4-145. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto de la masa del émbolo de cobre sobre la temperatura final de equilibrio. Haga variar la masa del émbolo de 1 a 10 kg.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-145 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.145 Repita el problema 4-144, suponiendo que el émbolo está hecho con 8 kg de cobre, e inicialmente está a la temperatura promedio de los dos gases en sus dos caras. Solución: Solución 1: Canal        …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-144 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.144 Un cilindro horizontal rígido, bien aislado, está dividido en dos compartimientos por un émbolo que tiene libre movimiento, pero que no permite el paso de gases entre los dos lados. En un principio, en un lado del émbolo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-143 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.143 Un recinto lleno de aire de 4 m  4 m  5 m de dimensiones, bien aislado, está a 10 °C. Entonces se calienta con un sistema de calefacción que consta de un radiador con vapor de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-142 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.142 Un recipiente rígido contiene 0.4 m3 de aire a 400 kPa y 30 °C, se conecta con una válvula a un dispositivo de cilindro émbolo, cuyo volumen mínimo es cero. La masa del émbolo es tal que se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-141 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.141 Regrese al problema 4-140. Use el programa EES (o cualquier otro) para investigar el efecto de la temperatura inicial del hielo sobre la masa final requerida. Haga que la temperatura del hielo varíe de 26 a 0 °C.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-140 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.140 Se va a enfriar un vaso con 0.3 L de agua a 20 °C con hielo, hasta 5 °C. Determine cuánto hielo se necesita agregar, en gramos, si está a) a 0 °C y b) a 20 °C.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-139 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.139 Una persona pesa 68 kg, y su temperatura corporal promedio es 39 °C; toma 1 L de agua fría a 3 °C, para tratar de enfriarse. Suponiendo  que el calor específico promedio de ese hombre es 3.6 kJ/kg…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-138 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.138 Se va a determinar el contenido de energía en cierto alimento, en una bomba calorimétrica que contiene 3 kg de agua; se queman 2 g de la muestra en presencia de 100 g de aire, en la cámara…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-137 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.137 Se va a calentar un recinto de 4 m X 5 m X 6 m de dimensiones con una tonelada (1 000 kg) de agua líquida contenida en un tanque que se introduce al recinto lleno de aire.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-136 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.136 Una tonelada (1 000 kg) de agua líquida a 80 °C se guarda en un recinto bien aislado y bien sellado, de 4 m X 5 m X 6 m de dimensiones, que está inicialmente lleno de aire…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-135 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.135 Un elemento calefactor con resistencia eléctrica de 1.800 W se sumerge en 40 kg de agua a 20 °C. Determine cuánto tiempo tardará en aumentar la temperatura del agua hasta 80 °C. Solución: Solución 1: Canal    …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-134 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.134 Una casa con calentamiento solar pasivo, pierde calor al ambiente, a una tasa promedio de 50,000 kJ/h; se mantiene siempre a 22 °C durante una noche invernal, durante 10 h. La casa se va a calentar con 50…