4.4 El volumen de 1 kg de helio, en un dispositivo de cilindroémbolo, es 7 m3, en un principio. A continuación, el helio se comprime hasta 3 m3, manteniendo constante su presión en 150 kPa. Determine las temperaturas inicial y final del helio, así como el trabajo requerido para comprimirlo, en kJ.
48 Un dispositivo de cilindroémbolo, con un grupo de topes, contiene inicialmente 0.3 kg de vapor de agua a 1.0 MPa y 400 °C. El lugar de los topes corresponde al 60 por ciento del volumen inicial. Entonces, se enfría el vapor de agua. Determine el trabajo de compresión, si el estado final es a) 1.0 MPa y 250 °C, y b) 500 kPa. c) También determine la temperatura del estado final en el inciso b).
416 Durante unos procesos reales de expansión y compresión en dispositivos de cilindroémbolo, se ha observado que los gases satisfacen la relación PV n C, donde n y C son constantes. Calcule el trabajo efectuado cuando un gas se expande de 350 kPa y 0.03 m3, hasta un volumen final de 0.2 m3, para el caso en que n 1.5.
424 Un dispositivo de cilindroémbolo contiene 0.15 kg de aire, en un principio a 2 MPa y 350 °C. Primero se expande el aire isotérmicamente hasta 500 kPa, y después se comprime en un proceso politrópico con un exponente politrópico de 1.2, hasta la presión inicial; por último, se comprime a presión constante hasta llegar al estado inicial. Determine el trabajo de la frontera para cada proceso, y el trabajo neto del ciclo.
428E Complete cada renglón de la siguiente tabla, con base en el principio de
conservación de la energía para un sistema cerrado.
432 Un recipiente rígido bien aislado contiene 2 kg de un vapor húmedo de agua, a 150 kPa. En un principio, tres cuartos de la masa están en la fase líquida. Una resistencia eléctrica colocada en el recipiente se conecta con un suministro de voltaje de 110 V, y pasa una corriente de 8 A por la resistencia, al cerrar el interruptor. Determine cuánto tiempo se necesitará para evaporar todo el líquido en el recipiente. También muestre el proceso en un diagrama TV con respecto a líneas de saturación.
436 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.
444E Se condensa vapor saturado de R134a a 100 °F, a presión constante, hasta líquido saturado, en un sistema cerrado de cilindroémbolo. Calcule el calor transferido y el trabajo efectuado durante este proceso, en Btu/lbm.
448C La relación u mcv,prom T ¿está restringida a procesos de volumen constante, o se puede usar en cualquier proceso de un gas ideal?
Se puede utilizar para cualquier tipo de proceso de un gas ideal.
452C Una masa fija de un gas ideal se calienta de 50 a 80°Calvolumenconstanteeigualaa)1m3 yb)3m3.¿En cuál caso cree usted que será mayor la energía requerida? ¿Por qué? La energía requerida es mcpΔT, que será la misma en ambos casos. Esto se debe a que la cp de un gas ideal no varía con el volumen.
456E 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 al pasar por este compresor.
460 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 A2c), b) el valor de cv a la tempera tura promedio (tabla A2b) y c) el valor de cv a temperatura ambiente (tabla A2a).
464E 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 de calor.
468 Sevaacalentarunrecintode4m 5m 6mcon un calentador eléctrico colocado sobre un rodapié. Se desea que ese calentador pueda elevar la temperatura del recinto de 5 a 25 °C en 11 min. Suponiendo que no hay pérdidas de calor del recinto, y que la presión atmosférica sea 100 kPa, calcule la potencia requerida en el calentador. Suponga que los calo res específicos son constantes a la temperatura ambiente.
472 Un dispositivo de cilindroémbolo 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 sistema y la cantidad de trabajo producido.
476 Una masa de 15 kg de aire, en un dispositivo de cilindroémbolo, 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 se mantiene constante en 300 kPa durante el proceso, y hay una pérdida de calor de 60 kJ. Determine los kWh de energía eléctrica suministrada.
4.80 Un dispositivo de cilindroémbolo, 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 a los topes, y en ese punto el volumen es el doble del volumen inicial. Se trans fiere más calor hasta que la presión dentro del cilindro tam bién aumenta al doble. Calcule el trabajo efectuado y la cantidad de calor transferido en este proceso. También trace el proceso en un diagrama Pv.
484 Un gas ideal contenido en un dispositivo cilindroém bolo sufre un proceso de compresión isotérmica que comienza con una presión inicial y un volumen inicial de 100 kPa y 0.6 m3, respectivamente. Durante el proceso, hay una transferen cia de calor de 60 kJ del gas ideal al entorno. Determine el volumen y la presión al final del proceso.
4.88. Considere una plancha de 1000 W, cuya base es de aleación de aluminio 2 024T6 (r 2 770 kg/m3 y cp 875 J/kg ∙ °C) y de 0.5 cm de espesor. Esa base tiene 0.03 m2 de superficie. Primero, la plancha está en equilibrio térmico con el aire ambiente a 22 °C. Suponiendo que el 90 por ciento del calor generado en los alambres de resistencia se transfiera a la base, determine el tiempo mínimo necesario para que la plan cha llegue a 200 °C.
492E En una fábrica, se calientan placas cuadradas de latón (r 532.5 lbm/pie3 y cp 0.091 Btu/lbm ∙ °F), de 1.2 pulg de espesor y de 2 pies 2 pies de dimensiones, que comien zan a una temperatura uniforme de 75 °F, haciéndolas pasar por un horno a 1300 °F, 300 piezas por minuto. Si las placas permanecen en el horno hasta que su temperatura promedio aumenta a 1000 °F, determine la tasa de transferencia de calor a las placas, en el horno.
496 Si alguna vez usted ha abofeteado a alguien o ha sido abofeteado, probablemente recuerde la sensación de quema dura. Imagine que ha tenido la
desgracia de que una persona enojada lo abofetee, haciendo que la temperatura de su cara se eleve en 1.8 °C (¡duele!). Suponiendo que la mano que lo golpeó tiene una masa de 1.2 kg y que alrededor de 0.150 kg de tejido de la cara y de la mano se afecta por el incidente, estime la velocidad de la mano un instante antes del impacto. Tome el calor específico del tejido como 3.8 kJ/kg ∙ K.
