Termodinamica

Ejercicios de Termodinámica
1. Un tanque de propano está lleno de una mezcla de propano líquido y vapor. ¿Se puede
considerar que el contenido de este tanque sea una sustancia pura? Explique por qué.
2. ¿Cuál es la diferencia entre líquido saturado y líquido comprimido?
3. ¿Cuál es la diferencia entre vapor saturado y vapor sobrecalentado?
4. Si aumenta la presión de una sustancia durante un proceso de ebullición ¿aumentará

también la temperatura, o permanecerá constante? ¿Por qué?
5. Una señora cocina carne para su familia, en una cacerola a) destapada, b) tapada con una
tapa ligera y c) tapada con una tapa pesada. ¿En cuál caso será más corto el tiempo de
cocinado? ¿Por qué?
6. ¿Debe ser igual la cantidad de calor absorbido cuando hierve 1 kg de agua saturada a
100°C, a la cantidad de calor desprendido cuando se condensa 1 kg de vapor saturado a
100°C?
7. Una libra masa de agua llena un recipiente rígido de 2.29 pies cúbicos, a una presión inicial
de 250 psia. A continuación, se enfría el recipiente a 100°F. Calcule la temperatura inicial y
la presión final del agua.
8. Se observa que hierve agua en una olla de 5 cm de profundidad, a 98°C. ¿A qué
temperatura hervirá el agua en una olla de 40 cm de profundidad? Suponga que las dos
ollas están llenas de agua hasta sus bordes.
9. Se calienta agua en un dispositivo de cilindro-émbolo vertical. La masa del émbolo es 20

kg, y su área transversal es 100 cm 2. La presión atmosférica local es 100 kPa. Determine la
temperatura a la que comienza a hervir el agua.
10. Un tanque rígido de 2.5 m3 de volumen contiene 15 kg de un vapor húmedo de agua a

75°C. Entonces, se calienta lentamente el agua. Determine la temperatura a la cual el
líquido, que forma parte del vapor húmedo, en el tanque se evapora por completo.
También describa el proceso en un diagrama de T-v con respecto a las líneas de
saturación.
Respuesta: 187.8°C
11. Un recipiente rígido contiene 2 kg de refrigerante 134a, a 800 kPa y 120°C. Determine el
volumen del recipiente y la energía interna total del refrigerante.
Respuestas: 0.0753 m3, 655.7 kJ
12. Un recipiente de 0.5 m3 contiene 10 kg de refrigerante 134a a -20°C. Calcule:

a) la presión
b) la energía interna total
c) el volumen que ocupa la fase líquida.
Respuestas: a) 132.82 kPa, b) 904.2 kJ, c) 0.00489 m 3
13. Se deja enfriar vapor de agua sobrecalentado a 180 psia y 500°F, a volumen constante,
hasta que la temperatura baja a 250°F. En el estado final, calcule a) la presión, b) la calidad
y c) la entalpía. También muestre el proceso en un diagrama T-v con respecto a las líneas
de saturación.
Respuestas: a) 29.84 psia, b) 0.219, c) 426.0 Btu/lbm
14. Un recipiente rígido de 0.3 m 3 contiene, al principio, un vapor húmedo de agua, a 150°C.
Entonces se calienta el agua hasta que llega al estado de punto crítico. Calcule la masa del
agua líquida y el volumen que ocupa el líquido en el estado inicial. Respuestas: 96.10 kg,
0.105 m3
15. Determine el volumen específico, la energía interna y la entalpía del agua comprimida a
100°C y 15 MPa, usando la aproximación de líquido saturado. Compare los valores con los
que obtenga de las tablas de líquido comprimido.
16. En un principio, 100 g de R-134a llenan un dispositivo de cilindro-émbolo con carga
constante, a 60 kPa y -20°C. A continuación, se calienta el dispositivo hasta que su
temperatura es 100°C. Determine el cambio en el volumen del dispositivo como resultado
del calentamiento. Respuesta: 0.0168 m3
17. El propano y el metano se usan con frecuencia para calefacción en invierno, y las fugas de
esos combustibles, aun durante periodos cortos, son un peligro de incendio para los
hogares. ¿Cuál fuga de gas cree usted que produce mayores riesgos de incendio? Explique
por qué.
18. ¿Cuál es el volumen específico del oxígeno a 25 psia y 80°F?
19. Un recipiente de 100 L se llena con 1 kg de aire a 27°C. ¿Cuál es el volumen del
recipiente?
20. La masa de 1 lbm de argón se mantiene a 200 psia y 100°F, en un tanque. ¿Cuál es el
volumen del tanque?
21. Un globo esférico de 6 m de diámetro se llena con helio a 20°C y 200 kPa. Determine la
cantidad de moles y la masa del helio en el globo. Respuestas: 9.28 kmol, 37.15 kg
22. 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.
23. Un tanque de 1 m3 con aire a 25°C y 500 kPa, se conecta con otro tanque que contiene 5
kg de aire a 35°C y 200 kPa, a través de una válvula. La válvula se abre y se deja que todo el
sistema llegue al equilibrio térmico con los alrededores, que están a 20°C. Determine el
volumen del segundo tanque y la presión final de equilibrio del aire.
Respuestas: 2.21 m3, 284.1 kPa
24. En una revista se publicó un artículo informativo donde se decía que los neumáticos
pierden aproximadamente 1 psi de presión por cada 10°C que disminuye la temperatura
externa. Investigue si ésa es una afirmación válida.
25. Una masa de 10 g de oxígeno llena un dispositivo de cilindro-émbolo con carga constante,
a 20 kPa y 100°C. A continuación, se enfría el dispositivo hasta que la temperatura es 0°C.
Determine el cambio del volumen del dispositivo, durante este enfriamiento.
26. Una masa de 0.1 kg de helio llena un recipiente rígido de 0.2 m3 a 350 kPa. El recipiente se
calienta hasta que la presión es 700 kPa. Calcule el cambio de temperatura del helio (en °C
y K) como resultado del calentamiento. Respuestas: 337°C, 337 K

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2. ¿Cuál es la diferencia entre líquido saturado y líquido comprimido?

3. ¿Cuál es la diferencia entre vapor saturado y vapor sobrecalentado?

4. Si aumenta la presión de una sustancia durante un proceso de ebullición ¿aumentará

9. Se calienta agua en un dispositivo de cilindro-émbolo vertical. La masa del émbolo es 20

10. Un tanque rígido de 2.5 m3 de volumen contiene 15 kg de un vapor húmedo de agua a

12. Un recipiente de 0.5 m3 contiene 10 kg de refrigerante 134a a -20°C. Calcule:

18. ¿Cuál es el volumen específico del oxígeno a 25 psia y 80°F?

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