Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 13
13-39 Se llena un contenedor con 1 kg de un fluido cuyo volumen
específico es de 0.001 m 3 /kg, y 2 kg de un fluido cuyo
volumen específico es de 0.008 m 3 /kg. ¿Cuál es el volumen
del contenedor, en m 3 , y el peso total, en N, del contenido, en
una ubicación donde g = 9.6 m/s 2 ?
13-40E Una mezcla contiene 70 por ciento en volumen de
agua líquida, cuya densidad es de 62.4 lbm/pies 3 , y otro fluido
cuya densidad es de 50.0 lbm/pies 3 . ¿Cuál es el peso específico,
en lbf/pies 3 , de esta mezcla, en una ubicación donde g =
31.9 pies/s 2 ? Respuesta: 58.2 lbf/pies 3
13-41 Se forma una mezcla de aire y metano en el cabezal
múltiple de entrada de un motor de combustión interna de gas
natural. La fracción molar del metano es de 15 por ciento.
Este motor se opera a 3 000 rpm, y tiene un desplazamiento
de 5 L. Determine el flujo másico de esta mezcla en el cabezal,
donde la presión y la temperatura son de 80 kPa y 20 °C.
Respuesta: 6.65 kg/min
13-42E Fluye gas natural (95 por ciento de metano y 5 por
ciento de etano, por volumen) por una línea de tubería de 36
pulg de diámetro, con una velocidad de 10 pies/s. La presión
en la línea es de 100 psia, y la temperatura es de 60 °F. Calcule
los flujos másico y volumétrico en esta tubería.
13-43 Un recipiente rígido contiene 2 kmol de gas Ar
a 280 K y 3 MPa. Se abre una válvula y se deja
que 4 kmol de gas N 2 entren al recipiente a 190 K y 8 MPa.
La temperatura final de la mezcla es de 230 K. Determine la
presión de la mezcla, con a) la ecuación de estado de gas ideal
y b) la gráfica de compresibilidad y la ley de Dalton.
Ar
2 kmol
280 K
3 MPa
FIGURA P13-43
N 2
4 kmol
190 K
8 MPa
13-44 Reconsidere el problema 13-43 usando el software
EES (u otro), estudie el efecto de variar
los moles de nitrógeno que se suministra al recipiente en el
rango de 1 a 10 kmol de N 2 . Grafique la presión final de la
mezcla como función de la cantidad de nitrógeno suministrado,
usando la ecuación de estado para gases ideales y el
diagrama de compresibilidad con la ley de Dalton.
13-45E Una mezcla gaseosa consiste en 75 por ciento de
metano y 25 por ciento de etano, por masa. Un millón de pies
cúbicos de esta mezcla están atrapados en una formación geológica
como gas natural a 300 °F y 2 000 psia. Determine la
masa de este gas a) considerándolo como una mezcla de gases
ideales, b) usando un factor de compresibilidad basado en la
ley de Dalton de presiones aditivas, c) usando un factor de
compresibilidad basado en la ley de volúmenes aditivos y d)
usando la presión y la temperatura pseudocríticas de Kay.
13-46E El análisis volumétrico de una mezcla de gases es
30 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de nitrógeno, 10 por
ciento de dióxido de carbono y 20 por ciento de metano. Esta
mezcla fluye por un tubo de 2 cm de diámetro a 8 000 kPa
y 15 °C con una velocidad de 3 m/s. Determine los flujos
volumétrico y másico de esta mezcla a) tratándola como una
mezcla de gases ideales, b) usando un factor de compresibilidad
basado en la ley de Amagat de volúmenes aditivos, y c)
usando la presión y temperatura pseudocríticas de Kay.
Propiedades de las mezclas de gases
13-47C ¿La energía interna total de una mezcla de gases
ideales es igual a la suma de las energías internas de cada gas
individual en la mezcla? Responda a la misma pregunta para
una mezcla de gases reales.
13-48C ¿La energía interna específica de una mezcla de
gases es igual a la suma de las energías internas específicas
de cada gas individual en la mezcla?
13-49C Responda los problemas 13-47C y 13-48C para
entropía.
13-50C ¿El cambio de energía interna total de una mezcla
de gases ideales es igual a la suma de los cambios de energía
interna de cada gas individual en la mezcla? Responda a la
misma pregunta para una mezcla de gases reales.
13-51C Al evaluar el cambio de entropía de los componentes
de una mezcla de gases ideales, ¿se tiene que usar
la presión parcial de cada componente o la presión total de la
mezcla?
13-52C Suponga que se quiere determinar el cambio de
entalpía de una mezcla de gases reales que sufre un proceso.
El cambio de entalpía de cada gas individual se determina
usando el diagrama generalizado de entalpía, y el cambio de
entalpía de la mezcla se determina sumando los cambios individuales.
¿Este método es exacto? Explique.
13-53 El análisis volumétrico de una mezcla de gases es
30 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de nitrógeno, 10 por
ciento dióxido de carbono y 20 por ciento de metano. Esta
mezcla se calienta de 20 °C a 200 °C mientras fluye por un
tubo en el que la presión se mantiene a 150 kPa. Determine
la transferencia de calor a la mezcla por unidad de masa de la
mezcla.
150 kPa
20 °C
q
30% O 2 , 40% N 2
10% CO 2 , 20% CH 4
(por volumen)
FIGURA P13-53
150 kPa
200 °C
13-54E Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene una mezcla
de helio y nitrógeno, con una fracción másica de nitrógeno
de 35 por ciento. El dispositivo está ajustado para mantener
una presión fija de 100 psia. Determine el trabajo producido,
en Btu/lbm, cuando se calienta este dispositivo de 100 °F a
500 °F. Respuesta: 139 Btu/lbm