Practica_3_-_F2_-_2016_verano_-_SoluEjercicios

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UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: FÍSICA GENERAL II 
Practica Calificada N° 02 
Fecha: Lunes, 1 de Enero de 2016. 
Sin libros, sin apuntes, sólo formularios y 
calculadora simple 
NOMBRE: _____SOLUCIÓN________ 
 
INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA. 
 
EJERCICIOS (1 hora) 
1. La presión en un neumático de automóvil depende de la temperatura del aire que contiene. Cuando esa 
temperatura es 25°C, el medidor indica 210 kPa. Si el volumen del neumático es 0.025 m3, determine 
el aumento de presión en su interior, cuando la temperatura sube a 50°C. También calcule la cantidad 
de aire que se debe purgar para regresar la presión a su valor original, pero a esa temperatura. Suponga 
que la presión atmosférica es 100 kPa (3 puntos) 
3
1
1 1 2 2 2
1
1 2 1
2 1
1
1
1
.
 0.287
.
310
323.15
 2 335.99
298.15
336 310 25.99
Cantidad de aire que se debe purgar
(310)(0.025)
 
0.287(298)
medidor atm
kPa m
Aire R
kg K
P P P kPa
PV PV T K
P P kPa
T T T K
P P P kPa
PV
m
RT

  
    
     
 
2
2
2
1 2
0.09057
(310)(0.025)
 m = 0.08356
0.287(323)
 m=m -m =0.09057-0.08356=0.00701kg
kg
PV
kg
RT

 

 
 
2. El nitrógeno a 150 K tiene un volumen específico de 0.041884 m3/kg. Determine la presión del 
nitrógeno usando: 
a) La ecuación del gas ideal 
b) La ecuación de Beattie-Bridgeman. 
Compare sus resultados con el valor experimental de 1000 kPa. (3 puntos)
 
2 
 
2
2
0
0
0.2968
.
28.013
)
(0.2968)150
1062.94
0.041884
1062.94 1000
6.29%
1000
' 28.013(0.041884) 1.173296
)
0.02617
(1 ) 136.2315(1 )
1.173296
133.1929
(1 ) 0.05076
N
N
KJR
Kg K
Kg
M
Kmol
a
RT
P KPa
V
error
u Mu
b
a
A A
v
A
b
B B
v
R
P


  

 
  
   

  
  2 231
1000.37
0.037%
UT c Av B
vTv v
P
error
 
   
 


 
3. Se comprime argón en un proceso politrópico, con n = 1.2, de 120 kPa y 30°C hasta 1 200 kPa, en un 
dispositivo de cilindro-émbolo. Determine el trabajo producido y el calor transferido durante este 
proceso de compresión, en kJ/kg. (R=0.2081kJ/kg.K, cv=0.3122kJ/kg.K) (4 puntos) 
Para proceso politrópico: 
( 1)/
1 2
,
1
1
1
n n
b sal
RT P
w
n P
  
   
    
 y 
( 1)/
2
2 1
1
n n
P
T T
P

 
  
 
 
 
, 2 1( )
en sal sist
en b sal v
E E E
Q W U mc T T
  
    
 
 
Usando la relación de trabajo de frontera para un proceso politrópico de un gas ideal: 
 
( 1)/ ( 1)/
1 2
,
1
(0.2081 / . )(303 ) 1200
1 1 147.5 /
1 1 1.2 120
, 147.5 /
n n n n
b sal
RT P kJ kg K K
w kJ kg
n P
wb sal kJ kg
       
          
          
 
 
 
Entonces: 
 
3 
 
, en 147.5 /wb kJ kg 
 
La temperatura en el estado final es: 
 
( 1)/ 0.2/1.2
2
2 1
1
1200
(303 ) 444.7
120
n n
P kPa
T T K K
P kPa

   
     
  
 
 
De la ecuación de la energía: 
 
, 2 1( ) 147.5 / (0.3122 / . )(444.7 303) 103.3 /en b sal vq w c T T kJ kg kJ kg K K kJ kg         
 
Entonces: 
 
103.3 /salq kJ kg 
 
4. CO2 gaseoso está contenido en un conjunto vertical de cilindro-émbolo ensamblado por un pistón de 
masa 50 kg y que tiene un área de cara de 0.01 m2. La masa del CO2 es de 4g. El CO2 ocupa inicialmente 
un volumen de 0.005 m3 y tiene una energía interna específica de 657 kJ / kg. La atmósfera ejerce una 
presión de 100 kPa en la parte superior del pistón. Transferencia de calor en cantidad de 1,95 kJ ocurre 
lentamente del CO2 al entorno, y el volumen del CO2 disminuye a 0.0025 m
3. La fricción entre el pistón 
y la pared del cilindro puede ser despreciada. La aceleración local de la gravedad es 9,81 m/s2. Para el 
CO2 determinar (a) la presión, en kPa, y (b) la energía interna específica final, en kJ / kg 
(4 puntos) 
 
a) Como nos hay fricción y el pistón no acelera al enfriarse el CO2, la fuerza ejercida por el CO2 dentro 
del cilindro sobre la parte inferior del pistón, es igual al peso del pistón más la fuerza ejercida por 
la atmósfera en la parte superior del pistón: 
 
2
2 2 3 2
P* * *
* (50 )(9.81 / ) 1 1
100
0.01 1 . / 10 /
149.1
pist atm pist pist
pist
atm
pist
A P A m g
m g kg m s N kPa
P P kPa
A m kg m s N m
P kPa
 
   

 
 
b) Como la presión permanece constante: 
 
2
3 3
2 1
1
[ ] 149.1*10 [0.0025 0.005] 0.373W PdV P V V Pa m kJ       
Y por balance de energía para el CO2: 
 
4 
 
U EC   EP 
2 1
2 1
1.95 ( 0.373 ) 1.577
( )
1.577
657 / 262.8 /
(4 /1000) kg
Q W
U kJ kJ kJ
U m u u
U kJ
u u kJ kg kJ kg
m
 
      
  
 
    