Primer Certamen de Termodinámica 10-11-00

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Apuntes Termodinámica Germán Paredes B.
Universidad del Bío-Bío 
Primer Certamen de Termodinámica 10-11-00 
 
Problema 1 (30 puntos)
Una caldera de 5m3 de capacidad contiene 2500kg de agua y vapor saturado a la presión 
de 0,4MPa abs. La presión se eleva hasta 1MPa abs. Determinar: 
a) La cantidad de agua que se vaporizó al subir la presión de 0,4MPa a 1MPa. 
b) Determinar la cantidad de calor que se necesita para producir el aumento de 
presión antes señalado. 
 
KJQb
kgkJq
kgkJh
kgkJh
vPhvPhq
a
kgm
m
X
X
vXvv
kgm
m
vv
teInicialmen
vXvv
kgmv
gas
mezcla
fgf
gas
mezcla
fgf
fgf
4046502500·86,161 )
/86,161
/6,7711,2015·004517,05,762
/54,6088,2133·001985,03,604
)()(
0w;wuq
6,33kg 4,96 -11,29 avaporizadagua deCantidad )
29,11
m
004517,0
)001127,01944,0·(001127,0002,0
·
:tienesey1MPa apresión laaumenta Se
96,42500·001985,0
m
0,001985 X
0,001084) -X(0,4625 0,001084 0,002
0,4MPaPcon vapor detablaladeobtienen sey
·
/002,0
2500
5
2
1
111222
ee
gas
2
gas
1
3
1
==
=
=+=
=+=
−−−=
=+∆=
==
=→==
−+=
+=
==→==
+=
=
+=
==
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Problema 2 (30 Puntos)
Un depósito contiene oxígeno, inicialmente a 0,4MPa y 25ºC, si se suministra calor al 
depósito, de modo que la temperatura aumente a 125ºC y luego se extraen 1,5kg de 
oxígeno para que la presión se mantenga en 0,4MPa. Determine: 
a) Masa inicial de oxígeno contenida en el depósito. 
b) Volumen del depósito 
c) Calor suministrado 
 
kJQ
TCvmQ
wuQ
y
kg
Vm
V
y
Vm
Vmm
KT
kPa
VV
m
KT
kPa
e
i
i
if
f
fi
i
826,392)298398·(658,0·9455,5
··
0w;
1,15m V
9455,5mque loPor b)ya)
(2) 17,5
298·2598,0
·400m
:que sabe seademás 
(1) 87,35,1
398·2598,0
·4005,1
º398
400P
:tieneseFinalmente
?
º298
400P
:tieneseteInicialmen
e
3
i
i
f
1
i
=−=
∆=
=+∆=
=
=
=
=
+=
=−=
=
=
=
=
=
=
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6755,0·
300·
1·65,202
1mV
K300ºT
202,65kPa2ataP
:nitrógeno 
3
=→=
=
=
==
nitrogenonitrogeno
nitrogeno
Rm
R
m
teInicialmen
(2) ·00167,0
·6755,0·3,405
···P
?T
?V
405,4kPa P
:Nitrógeno 
nirogeno nitrogeno 
nitrogeno nitrogeno nitrogeno f
fnitrogenonitrogenof
ff
fnitrgenonitrogenof
TV
TV
TRmV
Finalmente
=
=
=
=
=
=
Problema 3 (40 Puntos)
Una cámara de 2m3 está dividida en dos por un pistón sin roce y adiabático. 
Inicialmente los volúmenes son iguales y uno contiene aire y el otro nitrógeno. Las 
condiciones iniciales de los gases son de 2ata y 27ºC. Por la única pared no adiabática 
se agrega calor al aire hasta que la presión sube hasta 4ata. Calcule: 
a) La temperatura final del nitrógeno y del aire. 
b) El calor agregado 
c) Explique si hubo o no trabajo. 
 
kgm
teInicialmen
354,2
300·287,0
1·65,202
1m V
K300º C27º T
202,65kPa 2ata P
:aire 
3
==
=
==
==
(1) ·600
·287,0·354,2405,3·V
mRTPV
?T
?V
405,3kPaP
:Aire 
aire 
aire aire f
fairef
f
TV
T
Finalmente
=
=
=
=
=
=
CK
CK
mV
VVmV
mV
mV
kPakPa
Cv
VV
f
fff
fN
i
i
º67,91º67,364
00167,0
609,0T
:(2) de
º6,561º6,834Ta)
T600·1,391
:(1) de
391,1609,02
2
609,0
3,405
65,202·1
1
4,405P;65,202P
398,1
743,0
039,1Cp·P·P
:adiabáticoprocesoun existenitrógenoelEn 
N2 f
aire f
aire f
3
aire 
aire N2
3
3
/1
2
3
N2 
N2 fN2i
N2 fN2fN2N2i
===
==
=
=−=
+==
=




=
=
==
====
γ
γγ γ
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roce.sin adiabáticopistón del través
anitrógeno elsobre un trabajo realiza aire elpero ambiente, elcon trabajoexiste No)
1020)3006,834·(
2,11
2,11,4 8·2,354·0,71Qb)
:serácalor elque lopor 
-2,1n
:que obtiene seyndespeja Se
··
·
1
··
aire aire aire aire 
c
KJ
VPVP
T
n
nCvmQ
n
ff
n
ii
aire
=−





+
+=
=
=
∆





−
−= γ