UNIDAD I
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AUTOEVALUACIÓN DE LA UNIDAD I
a) Problemas sobre manometría. a.1) El barómetro básico puede utilizarse para medir la altura de un edificio. Si las lecturas barométricas en la parte superior y en la base del edificio son 730 y 755 mmHg, respectivamente, determine la altura del edificio. Suponga una densidad promedio del aire de 1.18 kg/m3. a.2) El depósito de la figura contiene aceite de densidad relativa 0.75. Determine la lectura del manómetro A. La densidad relativa del mercurio es 13.57  a.3) Un cilindro que contiene un pistón sin fricción de masa 31.42 kg, se encuentra conectado a un tanque a través de una tubería. Inicialmente el pistón está en el fondo y el tanque está vacío como muestra la figura. El diámetro del cilindro es 20 cm y el del tanque 50 cm.
Determine la cantidad de agua en kg. que hay en el tanque cuando el
pistón se ha levantado 1 m.
Para esa misma posición del pistón, cuánto marcará el manómetro A
colocado en el fondo del tanque.
 a.4) Un pistón sin fricción de peso w y de diámetros distintos D1 y D2 se encuentran en equilibrio mecánico como se ilustra en la figura. Los datos conocidos son: valor que marca el manómetro LM1= -18 kPa, peso del pistón 20 kN, diámetro mayor 1m, diámetro menor 0.4 m, Patm = 95 kPa. ¿Cuál es el valor que marca LM2?  b) Problemas sobre escalas de temperatura. b.1) El termómetro de mercurio de un médico está mal calibrado ya que indica erróneamente un valor de –2 ºC para el punto de congelación del agua y 108 ºC para el punto de ebullición del agua.
¿Cuál será la temperatura centígrada verdadera cuando este
termómetro indica que un paciente tiene una fiebre de 40 ºC.?
¿Cuál será la única temperatura para la cual el termómetro indica un
valor correcto?
b.2) Un termómetro de gas a volumen constante es puesto en contacto con un sistema a temperatura desconocida y después en agua en su punto triple. La columna de mercurio del termómetro indica –10.7 y –15.5 cm, respectivamente. Determine la temperatura desconocida en Kelvin. La presión barométrica es de 100 kPa y la densidad relativa del mercurio es 13.6. La temperatura en el punto triple del agua es de 0.01 ºC. b.3) Un gas perfecto a volumen constante, al duplicar la presión, triplica su temperatura centígrada. Calcule las temperaturas inicial y final. b.4)
La temperatura de un sistema aumenta 60 ºF durante un proceso de
calentamiento.
Exprese este aumento de temperatura en K y ºC.
Si en una escala de ºW, la temperatura del punto hielo es 25 ºW y la
del punto vapor es 115 ºW, exprese el aumento de temperatura de la
parte a) en ºW.
c) Problemas sobre gases ideales c.1) Un tanque contiene dióxido de carbono a 0.5 Mpa y 30 ºC. Se presenta una fuga en el tanque que no se detecta hasta que la presión ha caído a a) 0.42 Mpa y b) 0.34 Mpa. Si la temperatura del gas en el momento en que se detectó la fuga era de 20 ºC, determine la masa de dióxido de carbono que se ha fugado, si la masa original del gas era de 25 kg. c.2) Propano se encuentra contenido en un cilindro provisto de un pistón. Inicialmente el resorte toca al pistón sin comprimirlo y la temperatura y el volumen específico del propano son 380 K y 0.6 m3/Kg respectivamente. Se calienta el propano y el resorte se comprime hasta que la temperatura y el volumen en el propano son 550 K y 0.8 m3/kg. La constante del resorte es 50 kN/m y el área del pistón es 1 m2. Calcule la masa del propano. c.3) Un cilindro par gas como el utilizado en las zonas residenciales, tiene un volumen de 0.16 m3. El cilindro se carga con 25 kg de gas propano a una presión de 13 Mpa.
El cilindro se instala en una residencia donde se consume una cierta
cantidad de gas en una cocina y en un calentador de agua. En cierto
instante la presión del propano es de 3 Mpa y se observa que durante
este proceso, la temperatura del propano se mantuvo constante, y en
ese momento la válvula se cierra. El cilindro se lleva a un lugar donde
la temperatura se mantiene a 116 ºC y se espera que tanto el cilindro
como el propano alcancen el equilibrio térmico.
Determinar :
c.4) La presión en una llanta de automóvil depende de la temperatura del aire en la llanta. Cuando la temperatura del aire es 25 ºC, el medidor de presión registra 210 kPa. Si el volumen de la llanta es 0.025 m3, determine el aumento de presión en la llanta cuando la temperatura del aire en su interior aumenta a 50 ºC. También determine la cantidad de aire que debe sacarse para regresar la presión a su valor original a esta temperatura. Suponga que la presión atmosférica es 100 kPa. d) Problemas sobre sustancia pura. d.1) Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.8 kg de vapor a 300 ºC y 1 Mpa. El vapor se enfría a presión constante hasta que la mitad de la masa se condensa.
 d.2) El tanque A mostrado en la figura tiene un volumen de 100 litros y contienen Freón-12 a 25 ºC, 10% líquido y 90% vapor por volumen, mientras que B está vacío.
La válvula que conecta los tanques es abierta y los tanques al final
alcanzan un estado uniforme de 25 ºC u 200 kPa. ¿Cuál es el volumen
del tanque B.?
 d.3) Vapor de agua saturado a la temperatura de 250 ºC contenido dentro de un arreglo de cilindro émbolo, ocupa inicialmente un volumen de 0.0752 m3.
Se enfría este vapor en un proceso isométrico hasta que su
temperatura es de 200 ºC. ¿Cuántos kg de vapor se condensarán
durante este proceso?
Si en este estado, se somete el vapor a un proceso isotérmico hasta
que su volumen es de 2.208 m3, ¿cuál será la presión al final del
proceso?
Represente los procesos en los diagramas P-v, P-T, T-v
d.4) Considere un arreglo cilindro pistón mostrado en la figura, en el cual, un pistón sin fricción con un área transversal de 0.06 m2 descansa sobre los topes en las paredes del cilindro de tal manera que el volumen es de 0.03 m3. La masa del pistón es tal que se necesita una presión de 300 kPa para elevar el pistón contra la presión atmosférica. Cuando el pistón se ha movido a un punto donde el volumen contenido es de 0.075 m3, el pistón encuentra un resorte lineal que requiere 360 kN para deflectar 1 metro. El cilindro contiene 4 kg de agua a 35 ºC. La presión final es 7 Mpa.
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