TERMODINAMICA RESPUESTAS

ACTIVIDAD 1

1.    Convertir 25 gal a m3.

c. 0.0946 m3

2.    Enunciado: Convertir 25 mL a m3.

b. 0.000025 m3

3.    Enunciado: Convertir 157 BTU a julios.

c. 165535.8 J

4.    Enunciado: Convertir 120 ºF a Kelvin.

b. 322.0 K

5.    Enunciado: Convertir 52 mg a kg.

c. 0.000052 kg

6.    Enunciado: Convertir 0.0000037 Ton a mg.

a. 3700 mg

ACTIVIDAD 3

1.    Enunciado: La energía transferida entre dos sistemas debido a la diferencia de temperatura recibe el nombre de:

b. Calor.

2.    Enunciado: La primera ley aplicada a un sistema isocórico establece que:

b. El calor transferido es igual al cambio de energía interna.

3.    Enunciado: Un proceso que se realiza en forma reversible y en el cual la temperatura permanece constante recibe el nombre de:

b. Proceso isotérmico

4.    Enunciado: En reacciones en donde intervienen gases normalmente se realizan en recipientes rígidos. Para estos casos, se afirma que el trabajo es cero porque la reacción:

c. Se realiza a volumen constante.

5.    Enunciado: La entalpía se define como:

a. La suma de la energía interna más el producto de la presión por el volumen.

6.    De acuerdo con la primera ley, en un proceso adiabático el trabajo es igual a:

b. Al cambio de energía interna multiplicada por menos 1.

ACTIVIDAD 4

1.    Se tienen 0.846 kg de sal de cocina (cloruro de sodio), la cual se disminuye la temperatura desde 28 ºC a 5 ºC. El trabajo realizado sobre la sal de cocina, en julios, es (tenga en cuenta que el volumen de la sal de cocina permanece constante):

a. 0.0 J

2.    Enunciado: El valor del cambio en la energía interna, en cal, para un proceso de expansión isotérmica de 26.5 moles de un gas desde 1.4 litros a 8.5 litros, a 320 ºC, es de:

c. 0.0 cal

3.    Enunciado: La entalpía de combustión de la glucosa es de -673 kcal/mol y la entalpía de combustión del alcohol etílico es -326.7 kcal/mol. Se convierten 14.7 kg de glucosa en alcohol etílico por medio de la reacción C₆H₁₂O₆ ==> 2C₂H₅OH + 2CO₂. El calor liberado en esta reacción, kcal, es:

a. 1601

4.    Enunciado: La entalpía de combustión de la glucosa es de -673 kcal/mol y la entalpía de combustión del alcohol etílico es -326.7 kcal/mol. Se convierten 20.5 kg de glucosa en alcohol etílico por medio de la reacción C₆H₁₂O₆ ==> 2C₂H₅OH + 2CO₂. El calor liberado en esta reacción, kcal, es:

d. 2232.2

5.    Enunciado: A 30 ºC en un calorímetro a volumen constante se quema completamente 3.8 g de un compuesto orgánico con una masa molar de 350 g/mol, el agua formada se condensa. Las medidas termométricas indican que se desprenden 11700 calorías. Determinar el cambio de entalpía molar para esta reacción.

c. -1078.84 kcal/mol

6.    Enunciado: La cantidad de calor que se necesita retirar para reducir la temperatura, desde 28 ºC a -7 ºC, de 1.7 moles de un gas que se encuentra en un tanque cerrado de paredes rígidas, (Cv = 3.27 cal/mol K), en cal, es:

d. 194.6

7.    Enunciado: Determine el volumen específico del nitrógeno, en pies³/lbm, a una presión de 98 psia y 30 F. Nota: se recomienda ser muy cuidadoso con el manejo de unidades.

c. 1.9 pies3/lbm

8.    Enunciado: En un recipiente de paredes adiabáticas se mezclan 4.5 kg de agua a 37 ºC, 62 kg de agua a 2 ºC y 17 kg de agua a 47 ºC. Si se desprecian cualquier tipo de vaporización, la temperatura cuando se alcanza el equilibrio térmico es:

a. 13.0 ºC

9.    Se tiene un sistema que consiste agua almacenada en un tanque abierto a 12 ºC y con un volumen de 0.815 m³. Después de recibir el sol durante toda la mañana, el volumen de esta agua es de 0.830 m³. El sistema se encuentra a presión constante (presión atmosférica). El trabajo realizado por este sistema, en J, es:

b. 1519.9 J

10. Enunciado: Se tiene nitrógeno almacenado en un tanque a 3 ºC al cual se le retira 3.7 kcal y la temperatura disminuye hasta llegar a -12 ºC. El Cv del nitrógeno es 4.96 cal/(mol.K). La cantidad de nitrógeno almacenado en gramos es:

d. 1392.5

ACTIVIDAD 5

1.    Enunciado: La radiación es una forma de transmisión de calor mediante ondas electromagnéticas generadas por la temperatura. El medio físico para que ocurra esta transferencia de energía es:

c. No es necesario un medio físico.

2.    Enunciado: Si se quema un gramo de tolueno (C7H8) se desprende 42.5 kJ. La entalpía de formación del CO2 es -393.5 kJ/mol y del agua es -285.8 kJ. Entonces, la entalpía de formación del tolueno es:

b. 12.3 kJ.

3.    Pregunta: El tamaño de un grado Celsius:

b. Es igual al tamaño de un grado Kelvin.

4.    Enunciado: Cuando se afirma que dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico con un tercer sistema es porque tienen igual:

d. Temperatura.

5.    Enunciado: Los termómetros comunes normalmente están diseñados aprovechando que con un aumento en la temperatura se experimente un cambio de:

d. Volumen

6.    Enunciado: Con base en la siguiente información, la cual está dada a 25 °C:

Fe₂O₃(s) + 3C (grafito) → 2 Fe(s) + 3CO(g)              ΔH°= 117,3 kcal
FeO(s) + C (grafito)   → Fe (s) + CO(g)                  ΔH°= 37,3 kcal
    C(grafito) + O₂(g)    → CO₂(g)                             ΔH°= −94,05 kcal
     CO(g) + 1/2 O₂(g)      → CO₂(g)                              ΔH°= −67,63 kcal

c. -63.72 kcal

7.    Enunciado: Partiendo del concepto de que el volumen específico es una propiedad intensiva que corresponde a la relación entre el volumen de una sustancia y su masa. Si se compara su valor para diez litros de agua con el de un litro de agua, se puede afirmar que:

b. Es Igual

8.    Cierto gas ideal se encuentra en el interior de un sistema con frontera móvil sometido a una presión de 785 mmHg y a una temperatura de 317.8 K ocupando un volumen de 1.324 litros. Si se aumenta la presión tres veces la presión inicial dentro de un proceso isotérmico es cierto afirmar que:

c. El volumen del sistema en su estado final será un tercio del valor inicial.

9.    Cierto gas se comporta de manera ideal, se encuentra en el interior de un cilindro que cuenta con un pistón movil. Asuma que en el gas se expande isobáricamente (2) y luego isotérmicamente (3).

Determine la temperatura del estado intermedio (2) y la presión del estado final (3).

Datos

Número de moles del gas 0.8, temperatura inicial 30 ºC, presión 120 Kpa, volumen estado intermedio (2) 8 litros y volumen final (3) 16 litros.

b. 145 K y 60 KPa

10. De las siguientes propiedades, la que es intensiva es:

d. Densidad.

.

11. Enunciado: Para mantener la cerveza fría en una excursión, se utiliza una caja de espuma de poliestireno. La superficie total de las paredes (incluyendo la tapa) es de 0.8 m2 y el espesor de las mismas es de 2.0 cm. La conductividad térmica de la espuma de poliestireno es 0.01 J.m^-1.s^-1.

a. 12 J/s

12. La entalpía molar de formación del cloro gaseoso a la presión de una atmósfera y temperatura de 25 ºC, es diferente de cero PORQUE la entalpía molar de formación de cualquier elemento en su estado de agregación más probable tiene un valor de cero.

a. La afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.

13. Enunciado: El calor de reacción es:

c. La diferencia entre las entalpías de los productos y las entalpías de los reactantes, a las mismas condiciones de presión y temperatura.

14. Pregunta: Se tienen 3340 g de nitrógeno almacenados en un tanque a 15 ºC. El nitrógeno tiene un Cv = 4.96 cal/(mol.K). Si se retira 7.1 kcal, la temperatura final del gas es:

a. 3 ºC

15. Enunciado: En todo proceso cíclico, se ha observado de manera experimental, que el calor total intercambiado es igual al trabajo neto producido. Esta afirmación es otra forma de enunciar:

c. La primera ley de la termodinámica.

ACTIVIDAD 7

1.    Enunciado: Los motores de las turbinas de gas utilizadas en plantas generadoras de corriente eléctrica o en la propulsión de aeronaves funcionan mediante el ciclo:

c. Ciclo de Brayton.

2.    Enunciado: Para los intercambiadores de calor se tiene que:

c. El calor es igual al cambio de entalpía.

3.    Enunciado: La eficiencia de un refrigerador se expresa en términos del coeficiente de operación, COP, como:

b. La relación entre el calor retirado del sitio de refrigeración y el trabajo suministrado durante el ciclo.

4.    Enunciado: Indique cuál de las siguientes afirmaciones es correcta en un dispositivo de estrangulamiento:

b. El cambio de entalpía es igual a cero.

5.    Enunciado: Cuál de los siguientes enunciados es correcto:

b. El cambio de energía para un proceso adiabático es igual a cero.

6.    Enunciado: El ciclo empleado en las centrales termoeléctricas para la producción de energía en donde el fluído de trabajo cambia de fase, recibe el nombre de:

c. Ciclo de Rankine

ACTIVIDAD 8

1.    Enunciado: Calcule el cambio de entropía durante la fusión de 33 g de hielo a una temperatura de 28 ºC.

c. 8.73 Cal/K

Es correcto.

2.    El cambio de entropía, en J/K, para el calentamiento de 29 g de agua líquida desde 0 ºC hasta 56 ºC es:

a. 22.6

3.    El cambio de entropía para 0.85 kg de alcohol etílico que tiene una capacidad calorífica a presión constante de 2460 J/(Kg.K), que se calienta desde 7 ºC hasta 28 ºC, en KJ/Kg, es:

a. 0.151 kJ/K

4.    Enunciado: Una máquina térmica ideal que trabaja entre 890 y 320 K recibe de la fuente a temperatura alta 107000 cal/h. Determine la potencia generada por la máquina y la cantidad de calor transferido a la fuente de baja temperatura.

a. 194.31 kW

5.    Enunciado: Determine la eficiencia de un ciclo Diesel de aire al cual es sometido a las siguientes etapas:

1.- Compresión isentrópica:

·       Temperatura inicial: 380 K

·       Presión inicial: 125 kPa

·       Presión final: 983 kPa

2.- Adición de calor a presión constante:

·       Q suministrado: 112000 kJ/mol

3.- Expansión adiabática hasta alcanzar el volumen final.

4.- Enfriamiento isocórico hasta alcanzar el estado inicial.

·       Cp aire: 33.08 kJ/(kmol.K)

·       Cv aire: 23.64 kJ/(kmol.K)

c. 0.77

Es correcto.

6.    Enunciado: Determine el cambio de entropía durante la expansión isotérmica de 28 kg de cloro que se encuentran a 270 kPa y 5 ºC hasta que la presión se reduce a 75 kPa.

a. 8.40 kJ/K

7.    El cambio de entropía para un 1.2 Kg de aceite vegetal, que tiene una capacidad calorífica a presión constante de 2000 J/(Kg.K), que se calienta desde 25 ºC hasta 132 ºC, en KJ/Kg es:

b. 0.736 kJ/K

8.    Enunciado: Calcule el cambio de entropía durante la fusión de 68 g de hielo a una temperatura de 15 ºC.

b. 21.66 cal/K

9.    Enunciado: Determine el cambio de entropía durante la expansión isotérmica de 8.5 kg de cloro que se encuentran a 180 kPa y 33 ºC hasta que la presión se reduce a 120 kPa.

d. 0.40 kJ/K

10. Las máquinas que aprovechan el calor para producir trabajo mecánico se pueden diferenciar por la forma y el lugar en donde se genera el vapor; es así como hay máquinas de combustión externa y máquinas de combustión interna PORQUE en las máquinas de combustión interna se realiza este proceso dentro de una cámara (cilindro más pistón) en donde se aprovecha la generación de gases para producir movimiento.

a. La afirmación y la razón son VERDADERAS y la razón es una explicación CORRECTA de la afirmación.

ACTIVIDAD 9

1.    La eficiencia de un ciclo es de 0.37 y el calor cedido a la fuente de menor temperatura es de 23000 kcal. El calor, en kcal, que recibe de la fuente de mayor temperatura es:

c. 36507.9

2.    Se realiza una mezcla isotérmica de 3 moles de un gas con 8 moles de otro. El cambio de entropía, delta S_mezcla = -nR delta (x_ilnx_i), en J/K, es:

a. 53.59

3.    Un sistema de aire acondicionado extrae calor a razón de 3700 kJ/min mientras consume potencia eléctrica a una relación de 57 kW. El flujo de descarga de calor, en kJ/h es:

c. 382800

Es correcto.

4.    Pregunta: Un gas se expande isotérmicamente a partir de una presión inicial de 80 kPa hasta 68.8 kPa. El cambio de entropía es de 15 J/K. El número de moles de este gas es:

b. 12 moles.

5.    Enunciado: El rendimiento de una máquina térmica corresponde a:

1. La diferencia entre el calor tomado del foco caliente y el calor cedido al foco frío.

2. La eficiencia con la cual transforma la energía que recibe

3. El cociente entre el calor tomado del foco caliente y el cedido al foco frío.

4. El cociente entre el calor transformado en trabajo y el calor tomado del foco caliente

b. 2 y 4 son correctas.

6.    Enunciado: El concepto de potencia de un automóvil se fundamenta en la teoría de la eficiencia del ciclo de Otto, PORQUE en la medida que su motor tenga una mayor capacidad y una mayor relación de compresión, será menor su potencia.

c. La afirmación es VERDADERA, pero la razón es una proposición FALSA.

7.    Se calienta agua por medio de un intercambiador de calor, utilizando agua caliente como medio de calentamiento. Determine el flujo másico de agua caliente suministrado. Se supone que las caídas de presión son despreciables.

Datos
Agua fría

Flujo de agua fría: 3500 kg/min
Presión agua fría: 100 kPa
Temperatura del agua a la entrada: 10 ºC
Temperatura del agua a la salida: 30 ºC

Agua caliente

Presión del agua caliente: 300 kPa
Temperatura del agua a la entrada: 70 ºC
Temperatura del agua a la salida: 20 ºC

Para el agua:

Temperatura ºC	Presión kPa	Entalpía kJ/kg
12	100	50.49
30	100	125.8
70	300	293.2
20	300	84.1

d. 1260.6 kg/min

8.    Los intercambiadores de calor permiten realizar la transferencia de calor entre dos fluidos sin que haya mezcla entre ellos PORQUE son equipos con los cuales se adecua la temperatura de un fluido de acuerdo con las exigencias del proceso.

a.    La afirmación y la razón son VERDADERAS y la razón es una explicación CORRECTA de la afirmación.

9.    Enunciado: En los intercambiadores de calor, los cambios de energía potencial y cinética son apreciables PORQUE en los intercambiadores de calor al aplicar la primera ley da como resultado que el cambio de entalpía es igual al calor intercambiado.

a. La afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.

CORRECTO. La afirmación es falsa, ya que para un intercambiador de calor los cambios de energía potencial y cinética son despreciables. La razón es verdadera.

10. Enunciado: En procesos de flujo estable las propiedades del sistema están cambiando con el tiempo PORQUE el llenado o descarga de tanques de almacenamiento son característicos de los procesos de flujo transitorio.

a. La afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.

11. Los motores de las turbinas a gas que se utilizan en plantas de generación de corriente eléctrica o mediante la propulsión de aeronaves funcionan mediante el ciclo de:

c. Ciclo de Brayton.

Es correcto.

12. Los procesos de flujo transitorio no se presentan cambios de las propiedades del sistema con el tiempo PORQUE la masa se mantiene constante con el tiempo de tal manera que la cantidad de materia que entra es igual a la que sale.

b. La afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.

Es correcto.

13. Enunciado: Un gas que tiene un Cv = 2.5 J/(mol.K) es comprimido reversible y adiabáticamente hasta que su temperatura se eleva en 28 ºC. Se conoce que las moles de este gas son 3.8, por lo tanto, el cambio de energía interna que ha tenido este gas es:

a. 266 J.

CORRECTO.

14. Enunciado: El funcionamiento de los motores en el ciclo de Brayton, ocurre en cuatro etapas reversibles. El trabajo útil del proceso se realiza durante la etapa de:

c. Expansión adiabática

CORRECTO. Es en la etapa de expansión adiabática que los motores del ciclo de Brayton producen el trabajo que es utilizable.

15. Desde una presión inicial de 96 kPa, 4.7 moles de un gas se expanden isotérmicamente para un cambio de entropía de 12.7 J/K. La presión final de este gas, en kPa, es:

d. 69.4