Capítulo 04: Análisis de energía de sistemas cerrados

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-83 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.83 Un dispositivo de cilindro provisto de un émbolo contiene argón. Inicialmente, el argón está a 100 kPa y 27 °C, y ocupa un volumen de 0.4 m3. El argón se comprime primero mientras la temperatura se mantiene constante…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-82 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.82 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene aire a 600 kPa y 927 °C, y ocupa un volumen de 0.8 m3. El aire experimenta un proceso isotérmico (temperatura constante) hasta que la presión se reduce a 300 kPa. El émbolo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-81 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.81 Un dispositivo de cilindro provisto de un cilindro-pistón contiene aire. El émbolo descansa inicialmente en un conjunto de topes, y se necesita una presión de 300 kPa para mover el émbolo. Inicialmente, el aire está a 100 kPa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-80 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.80 Un dispositivo de cilindro-émbolo, con un grupo de topes en su borde superior, contiene 3 kg de aire a 200 kPa y 27 °C. A continuación se transfiere calor al aire, y el émbolo sube hasta que llega…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-79 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.79 Un recinto se calienta con un calentador de resistencia. Cuando las pérdidas de calor del recinto, en un día invernal, son 6 500 kJ/h, la temperatura del aire en el recinto permanece constante, aun cuando el calentador trabaje…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-78 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.78 Regrese al problema 4.77. Use el programa EES (o cualquier otro) para graficar el proceso descrito allí, en un diagrama P-V, e investigue el efecto del exponente politrópico n sobre el trabajo de la frontera y el calor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-77 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.77 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 1.5 kg de nitrógeno, inicialmente a 100 kPa y 17 °C. Entonces se comprime lentamente el nitrógeno, en un proceso politrópico durante el cual PV1.3 constante, hasta que el volumen se reduce a…

  SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-76 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.76 Una masa de 15 kg de aire, en un dispositivo de cilindro-émbolo, se calienta de 25 a 77 °C, haciendo pasar corriente por un calentador de resistencia en el interior del cilindro. La presión dentro del cilindro…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-75 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.75 En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga variable y con una rueda de paletas integrada al cilindro, hay aire. Al principio está a 500 kPa y 27 °C. Entonces se hace girar la rueda de paletas mediante un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-74 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.74 Un dispositivo de cilindro-émbolo con resorte contiene 1kg de dióxido de carbono. Este sistema se calienta de 100 kPa y 25 °C a 1 000 kPa y 300 °C. Determine la transferencia total de calor al sistema y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-73 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.73 Se comprime argón en un proceso politrópico, con n 1.2, de 120 kPa y 10 °C hasta 800 kPa, en un dispositivo de cilindro-émbolo. Determine el trabajo producido y el calor transferido durante este proceso de compresión, en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-72 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.72 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene gas de argón, y pasa por un proceso isotérmico, de 200 kPa y 100°C, hasta 50 kPa. Durante el proceso, se transfieren 1.500 kJ de calor al sistema. Determine la masa de este…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-71 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.71 Un sistema cerrado contiene 2 kg de aire, y en un proceso pasa de 600 kPa y 200 °C hasta 80 kPa. Determine el volumen inicial de este sistema, el trabajo efectuado y el calor transferido durante el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-70 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.70 Un recipiente adiabático rígido de 3 pies3 está dividido en dos volúmenes iguales por una membrana delgada, como se ve en la figura P4-70E. Al principio, una de las cámaras está llena de aire a 100 psia y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-69 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.69 Un alumno vive en un dormitorio de 4 m X 6 m X 6 m, y enciende su ventilador de 150 W antes de salir de la habitación, por la mañana en un día de verano, esperando que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-68 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.68 Se va a calentar un recinto de 4 m X 5 m X 6 m con un calentador eléctrico colocado sobre un rodapié. Se desea que ese calentador pueda elevar la temperatura del recinto de 5 a 25…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-67 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.67 Considere como sistema un dispositivo de cilindro émbolo que contiene gas nitrógeno. Inicialmente, el sistema está a 1 MPa y 427 °C. Ahora sufre un proceso isobárico hasta que su temperatura es 27 °C. Determine la presión final…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-66 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.66 Gas nitrógeno inicialmente a 20 psia y 100 °F ocupa un volumen de 1 pie3 en un contenedor rígido provisto de una rueda de paletas para agitación. Después de que la rueda de paletas realiza 5 000 lbf…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-65 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.65 Determine el cambio de energía interna del aire en un contenedor rígido al aumentarse su temperatura mediante la transferencia de 50 Btu/lbm de calor. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-64 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.64 Un recipiente rígido contiene 20 lbm de aire a 50 psia y 80 °F. Entonces se calienta el aire hasta que su presión aumenta al doble. Determine a) el volumen del recipiente y b) la cantidad de transferencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-63 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.63 Se calienta 1 kg de oxígeno, de 20 a 120 °C. Determine la transferencia de calor que se requiere cuando eso se hace en un proceso a) a volumen constante, b) isobárico.  Solución: Solución 1: Canal    …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-62 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.62 ¿Es posible comprimir isotérmicamente un gas ideal, en un dispositivo adiabático de cilindro-émbolo? Explique por qué. Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-61 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.61 El dispositivo de cilindro-émbolo cargado por resorte que se muestra en la figura P4-61E contiene 1 pie3 de aire. La constante del resorte es 5 lbf/pulg, y el diámetro del émbolo es 10 pulg. Cuando el resorte no…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-60 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.60 Determine el cambio de energía interna u del hidrógeno, en kJ/kg, cuando se calienta de 200 a 800 K, con a) la ecuación empírica del calor específico como una función de la temperatura (tabla A-2c), b) el valor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-59E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.59E Calcule el cambio de entalpía del oxígeno Δh, en Btu/lbm, cuando se calienta de 800 a 1500 R, usando a) la ecuación empírica de calor específico en función de la temperatura (tabla A-2Ec), b) el valor de cp…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-58 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.58 Calcule el cambio en la entalpía de argón, en kJ/kg, cuando se enfría de 100 a 25 °C. Si el neón hubiera pasado por el mismo cambio de temperatura ¿sería diferente su cambio de entalpía? Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-57 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.57 La temperatura de 2 kg de neón aumenta de 20 a 180°C. Calcule el cambio de energía interna total del neón, en kJ. ¿Sería diferente el cambio de energía interna si se sustituyera el neón por argón? Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-56E TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.56E En un compresor, se comprime aire de 20 psia y 70 °F a 150 psia. El compresor se opera de tal manera que la temperatura del aire permanece constante. Calcule el cambio en el volumen específico del aire…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-55 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.55 ¿Cuál es el cambio en la entalpía, en kJ/kg, de oxígeno cuando su temperatura cambia de 150 a 200 °C? ¿Habría alguna diferencia si el cambio de temperatura fuese de 0 a 50 °C? ¿La presión al principio…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-54C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.54C Demuestre que cp = cv + Ru para un gas ideal. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes Dudas u…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-53C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.53C Cuando se efectúa determinado cambio de temperatura ¿Cuál de los dos gases siguientes, aire u oxígeno, tiene mayor cambio de a) entalpía, h, y b) energía interna, u? Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-52C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.52C Una masa fija de un gas ideal se calienta de 50 a 80 °C al volumen constante e igual a a) 1 m3 y b) 3 m3. ¿En cuál caso cree usted que será mayor la energía requerida?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-51C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.51C Una masa fija de un gas ideal se calienta de 50 a 80 °C a la presión constante de a) 1 atm y b) 3 atm. ¿En qué caso cree usted que será mayor la energía requerida? ¿Por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-50C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.50C ¿Es igual la energía requerida para calentar aire de 295 a 305 K, que la necesaria para calentarlo de 345 a 355 K? Suponga que en ambos casos la presión permanece constante. Solución: Solución 1: Canal    …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-49C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.49C La relación Δh = mcp,promΔT ¿está restringida a procesos de presión constante, o se puede usar en cualquier proceso de un gas ideal? Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-48C TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.48C La relación Δu = mcv,promΔT ¿Está restringida a procesos de ¿ Volumen constante, o se puede usar en cualquier proceso de un gas ideal? Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-47 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.47 En la relación Δu = mcv ΔT, ¿Cuál es la unidad correcta de cv, kJ/kg · °C o kJ/kg · K? Solución: Solución 1: Canal         CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-46 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.46 Dos recipientes, el recipiente A y el recipiente B, están separados por una división. En un principio, el tanque A contiene 2 kg de vapor de agua a 1 MPa y 300 °C, mientras que el recipiente B…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-45 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.45 En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga constante, bien aislado, hay 0.8 kg de R-134a líquido saturado, a una temperatura inicial de -5 °C. Este dispositivo contiene una resistencia eléctrica, como se ve en la figura P4-45, a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-43TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.43 En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga de resorte hay refrigerante 134a, a 600 kPa y 150 °C, con un volumen inicial de 0.3 m3. Entonces se enfría el refrigerante, hasta que su temperatura es 30 °C, y su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-42 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.42 En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga de resorte está contenido vapor de agua a 75 kPa y 8 por ciento de calidad, como se ve en la figura P4-42, con un volumen inicial de 2 m3. Entonces…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-41 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.41 Un radiador eléctrico con 30 L de aceite se coloca en un recinto de 50 m3. Tanto el recinto como el aceite del radiador están a 10 °C en un principio. El radiador tiene una potencia nominal de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-40 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.40 Regrese al problema 4-39. Use el programa EES (u otro similar) para investigar el efecto de la temperatura inicial del vapor de agua sobre la temperatura final, el trabajo efectuado y el calor total transferido. Haga variar la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-39 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.39 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene inicialmente vapor de agua a 200 kPa, 200 °C y 0.4 m3. En este estado, un resorte lineal (F ∞ x) toca el émbolo, pero no ejerce fuerza sobre él. Entonces, se transfiere…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-38 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.38 Un dispositivo aislado de cilindro-émbolo contiene 5 L de agua líquida saturada a una presión constante de 175 kPa. Una rueda de paletas agita el agua, mientras que pasa una corriente de 8 A durante 45 min, por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-37 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.37 Se condensa vapor saturado de agua en un sistema cerrado, enfriándolo a presión constante hasta un líquido saturado a 40 kPa. Determine la transferencia de calor y el trabajo realizado durante este proceso, en kJ/kg. Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-36 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.36 Una masa fija de vapor saturado de agua a 300 kPa se enfría isotérmicamente hasta que se convierte en un líquido saturado. Calcule la cantidad de calor rechazado durante este proceso, en kJ/kg. Solución: Solución 1: Canal  …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-35 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.35 Un recipiente rígido de 10 L contiene inicialmente una mezcla de agua líquida y vapor a 100 °C con calidad de 12.3 por ciento. Luego se calienta la mezcla hasta que su temperatura es de 150 °C. Calcule…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-34 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.34 Se condensa isotérmicamente vapor saturado a 200 °C hasta líquido saturado, en un dispositivo de cilindro-émbolo. Calcule el calor transferido y el trabajo efectuado durante este proceso, en kJ/kg. Solución: Solución 1: Canal   CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 4-33 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 4.33 Regrese al problema 4-32. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto de la masa inicial del agua sobre el tiempo requerido para evaporar por completo el líquido. Haga variar la masa inicial de 1 a…