Trabajo Prctico N1 TRABAJO

UTN-FRA Termodinmica 2013

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Ejercicio 1:

i. Un cilindro contiene 0,0283 m3 de aire a una presin de 1,055 kg/cm2 equilibrado con la presin atmosfrica tambin de 1,055 kg/cm2.Asumir que el peso del mbolo es despreciable. Se calienta el gas hasta duplicar su volumen.

ii. El mismo cilindro que el caso anterior, pero con una masa sobre el pistn que genera una presin de 3,5 kg/cm2.

iii. El mismo cilindro, pero el mbolo se mantiene con un resorte, a una presin de 1,055 kg/cm2 equilibrado con la presin atmosfrica tambin de 1,055 kg/cm2.

En el estado inicial el resorte no ejerce ninguna fuerza sobre el mbolo; entonces se calienta el gas hasta duplicar su volumen. La presin final del gas es de 3,5 kg/cm2 y durante el proceso el resorte ejerce una fuerza proporcional al desplazamiento del mbolo a partir de la presin inicial, segn la ley de Hooke. Se pide para los tres casos:

a) Representar el proceso en un diagrama pV. b) Considerar el gas como sistema cuasi-esttico, calcular el trabajo realizado por el aire. c) Hallar el trabajo total en cada uno de los casos. d) Para el caso (ii) Cunto contra la atmsfera y cunto contra la masa? e) Para el caso (iii) Cunto contra la atmsfera y cunto contra el resorte?

Ejercicio 2: El cilindro de la figura contiene 1 kmol de un gas ideal inicialmente a 50 bares y 300 K, que se expande manteniendo la temperatura constante. El cilindro tiene una seccin de 2 m2, el pistn ejerce una presin 1 bar y sobre l acta la presin atmosfrica de 1 bar. Adems tiene una masa apoyada sobre el mismo la que ejerce una presin de 3 bares. La presin de roce (si hay) es de 5 bares.

M

1 Kmol GAS IDEAL 50 bares y 300 K

Po = 1 bar

P r = 5 bares

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Se desea hallar:

a) Trabajo del sistema. b) Variacin de altura de la masa. c) Graficar en diagrama PV. d) Conclusiones.

Para una expansin:

1. Lenta y sin roce. 2. Lenta y con roce. 3. Rpida y sin roce. 4. Rpida con roce. 5. Expansin en tres etapas sin roce, con incrementos iguales de presin. 6. Expansin en cinco etapas s/roce, con incrementos iguales de presin. 7. Realizar en una planilla de clculo en computadora, una expansin sin roce en 10,

15 y 20 etapas. Cada una con incrementos iguales de presin. Graficar y comparar datos.

Ejercicio 3: Vapor de agua saturado a 200C contenido en un cilindro con un mbolo, tiene un volumen inicial de 0,0085 m3. El vapor se expande en un proceso isotrmico cuasiesttico hasta una presin final de 1,40 bar ejecutando mientras tanto, trabajo contra el mbolo que tiene peso despreciable. Calcular:

a) El trabajo efectuado por el vapor durante este proceso. b) El trabajo de roce (si lo hubiera). c) El trabajo contra el exterior. d) El trabajo til

Ejercicio 4: El esquema de la figura observamos tres cilindros interconectados entre s por medio de caeras y vlvulas, estas ltimas inicialmente cerradas. En el cilindro A hay inicialmente 150 kg de aire sostenido por un pistn sin rozamiento que le comunica una presin de 10 bares. En el cilindro C hay 50 kg de aire y el pistn le comunica una presin de 15 bares. Por ltimo en B no hay aire y el pistn proporcionara una presin de 5 bares. Todo el sistema es diatrmico siendo la temperatura exterior constante e igual a 300 K y la presin la atmosfrica igual a 1 bar. Una vez que se abran las vlvulas V1 y V2 y el sistema haya alcanzado el equilibrio se desea saber:

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P 500 Kg. AIRE100 bares y 300 K

150 kg

Pp = 9 bares

Pp = 4 bares

Pp = 14 bares

50 Kg.

A B C V 1 V 2

a) Estado final b) Trabajo de cada pisn. c) Trabajo total.

Ejercicio 5: Se expanden 500 kg de aire a 100 bares y 300 K en el cilindro del dispositivo de la figura. El pistn de peso despreciable y seccin 1 m2 lleva adosado una barra dentada que en su ascenso hace rodar a la primer polea del mecanismo encargado de hacer elevar el peso de 40.789 kg'. Sobre el pistn acta tambin la presin atmosfrica igual a 1 bar. La expansin se considera isotrmica, rpida y sin roce luego de haber soltado las trabas. Se desea conocer:

a) Trabajo del sistema. b) Variacin de energa potencial del peso. c) Trabajo contra la atmsfera. d) Comparar el trabajo del sistema con la

variacin de la energa potencial. Son equivalentes? Cul es el trabajo til?