Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS
3-98 Determine el volumen específico de nitrógeno gaseoso
a 10 MPa y 150 K, usando a) la ecuación del gas ideal y b) la
carta de compresibilidad generalizada. Compare estos resultados
con el valor experimental de 0.002388 m 3 /kg, y determine
el error que se comete en cada caso.
Respuestas: a) 0.004452 m 3 /kg, 86.4 por ciento; b) 0.002404 m 3 /kg,
0.7 por ciento.
Otras ecuaciones de estado
3-99C ¿Cuál es el significado físico de las dos constantes
que aparecen en la ecuación de estado de Van der Waals?
¿Con qué base se determinan?
3-100 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 100 gramos
de monóxido de carbono. Inicialmente, el monóxido de
carbono está a 1 000 kPa y 200 °C. Luego se calienta hasta
que su temperatura es de 500 °C. Determine el volumen final
del monóxido de carbono, considerándolo a) como gas ideal,
y b) como gas Benedict-Webb-Rubin.
3-101 Se calienta metano en un recipiente rígido, de 80
kPa y 20 °C hasta 300 °C. Determine la presión final del
metano considerándolo a) un gas ideal y b) un gas de Benedict-Webb-Rubin.
3-102E Se calienta monóxido de carbono en un recipiente
rígido, de 14.7 psia y 70 °F, hasta 800 °F. Calcule la presión
final del monóxido de carbono, considerándolo como a) un
gas ideal y b) un gas de Benedict-Webb-Rubin.
3-103E El refrigerante-134a a 160 psia tiene un volumen
específico de 0.3479 pies 3 /lbm. Determine la temperatura del
refrigerante utilizando a) la ecuación de gases ideales, b) la
ecuación de Van der Waals y c) la tabla de refrigerantes.
3-104 El nitrógeno a 150 K tiene un volumen específico
de 0.041884 m 3 /kg. Determine la presión
del nitrógeno usando a) la ecuación del gas ideal y b) la ecuación
de Beattie-Bridgeman. Compare sus resultados con el
valor experimental de 1 000 kPa.
Respuestas: a) 1 063 kPa, b) 1.000.4 kPa
3-105 Regrese al problema 3-104. Use el programa
EES (u otro) para comparar las presiones obtenidas
con la ley del gas ideal y la ecuación de Beattie-Bridgeman,
con los datos que proporciona EES para el nitrógeno.
Trace la gráfica de temperatura en función de volumen específico,
para una presión de 1 000 kPa, con respecto a las líneas
de líquido saturado y vapor saturado del nitrógeno, en el intervalo
de 110 K < T < 150 K.
3-106 1 kg de dióxido de carbono se comprime desde 1 MPa
y 200 °C hasta 3 MPa, en un dispositivo de cilindro-émbolo,
ajustado para ejecutar un proceso politrópico para el cual
PV 1.2 constante. Determine la temperatura final, considerando
que el dióxido de carbono es a) un gas ideal y b) un gas
de Van der Waals.
Tema especial: presión de vapor y equilibrio de fases
3-107 Imagine un vaso de agua en un recinto que está a 20 °C
y 40 por ciento de humedad relativa de aire. Si la temperatura
del agua es 15 °C, determine la presión de vapor a) sobre la
superficie libre del agua y b) en un lugar del recinto alejado
del vaso.
3-108 Durante un cálido día de verano en la playa, cuando
la temperatura del aire es 30 °C, alguien dice que la presión de
vapor de agua en el aire es 5.2 kPa. ¿Es razonable lo que dice?
3-109 En cierto día, la temperatura y humedad relativa del
aire sobre una gran alberca se determinan en 20 °C y 40 por
ciento, respectivamente. Calcule la temperatura del agua en la
alberca cuando se han establecido condiciones de equilibrio
entre ella y el vapor de agua en el aire.
3-110 Durante un cálido día de verano, cuando la temperatura
del aire es 35 °C y la humedad relativa es 70 por ciento,
usted compra un refresco “frío” en una tienda. El dueño de la
tienda dice que la temperatura de la bebida es menor que
10 °C, pero no se siente tan fría, y usted no le cree, porque
no observa condensación en el exterior de la lata. ¿Puede estar
diciendo la verdad el dueño de la tienda?
3-111E Un termo está lleno a la mitad con agua, y se deja
abierto al aire atmosférico a 70 °F y 35 por ciento de humedad
relativa. Despreciando la transferencia de calor a través
de la pared del termo y la superficie libre del agua, determine
la temperatura del agua cuando se establece el equilibrio de
fases.
3-112 Se tienen dos recintos idénticos, uno de ellos a 25 °C
y 40 por ciento de humedad relativa, y el otro a 20 °C y 55
por ciento de humedad relativa. Teniendo en cuenta que la
cantidad de humedad es proporcional a su presión de vapor,
determine qué recinto contiene más humedad.
Problemas de repaso
3-113 Un recipiente rígido contiene gas nitrógeno a 227 °C
y 100 kPa manométricos. El gas se calienta hasta que la presión
manométrica es 250 kPa. Si la presión atmosférica es
100 kPa, determine la temperatura final del gas, en °C.
3 MPa
500 K
0.4 kmol/s
P atm
100 kPa
FIGURA P3-113
CO 2
Nitrógeno
227 ºC
100 kPa
3-114 Por un tubo pasa el gas de dióxido de carbono a 3 MPa
y 500 K, en flujo constante de 0.4 kmol/s. Determine a) las
tasas de flujo de volumen y de masa, y la densidad del dióxido
de carbono en ese estado. Si el CO 2 se enfría a presión constante
al pasar por el tubo, de modo que su temperatura baje a
450 K a la salida, determine b) la tasa de flujo volumétrico a
la salida del tubo.
FIGURA P3-114
450 K