Problemas De Termodinamica

Laboratorio de Termodinámica.

Serie de Problemas.

Primera parte.

Rodolfo Acevedo Chávez

Maria Eugenia Costas Basin

2013

Propiedades de estado

1. Establecer una caracterización suficiente de las propiedades de estado de un sistema.

2. Proporcionar un ejemplo de sistema termodinámico, y precisar cuáles podrían ser algunas de sus propiedades de estado. Argumentar su respuesta.

3. Citar cuáles serían propiedades de estado esenciales para un fluido, desde el punto de vista mecánico.

4. Se tiene un sistema PVT. Explicar qué representa cada punto en el sistema de ejes cartesianos P-V-T (denominado también espacio termodinámico PVT).

5. Explicar qué significa la aseveración siguiente: “Las propiedades de estado no tienen memoria”

6. Comentar la aseveración siguiente: “En el formalismo de la Termodinámica Clásica no existe la variable tiempo”

7. Se tiene una columna hz de un fluido en un campo gravitacional caracterizado por un valor de g. Establecer alguna propiedad de estado del fluido, que se asocie a la presión ejercida por dicha columna en su base.

8. Se tiene una disolución con un soluto no volátil. Establecer cuando menos dos propiedades de estado básicas en el estudio de dicho sistema.

9. Realice un listado de cuando menos 20 ejemplos de propiedades de estado de sistemas diversos. Precisa cuáles son intensivas y cuáles extensivas.

10. Establecer cuando menos tres propiedades de estado de una parcela de aire atmosférico.

Presión.

Recordar que torr es siempre una unidad a acondiciones estándar. En el texto de Experimentos Básicos en Termodinámica Clásica, se encuentran las tablas de densidad de H2O(l) y Hg(l) en función de la temperatura.

1. Demostrar la coherencia dimensional de la ecuación:

2. En una sesión de laboratorio se mostraron varios ejemplares de vasos comunicantes conteniendo líquidos. Explicar qué demuestra un sistema de vasos comunicantes.

3. En un experimento de laboratorio se utilizó un sistema de dos vasos comunicantes. En el experimento se igualaron los niveles de líquido en ambos vasos no comunicados. Explicar qué se demostró con la apertura de la llave comunicante y la constancia en los dos niveles iniciales.

4. En un experimento se tiene un sistema de dos vasos comunicantes con H2O(l). Uno de ellos es colineal al eje z, con hz(H2O(l)) = 30.0 cm. El otro vaso (ramal) es recto, y guarda un ángulo respecto al eje z, igual a 60.0º. Determinar el valor de la longitud (cm) del H2O(l) dentro de dicho ramal inclinado, la cual ejercerá la misma presión que la existente en la base del primer vaso comunicante.

5. Demostrar que la presión es una propiedad de estado intensiva.

6. Determinar el valor de la presión (en las unidades kgf/cm2, lbf/pulg2, kPa) ejercida por una columna de un fluido líquido (=0.8 gm/cm3) cuya hz=50.0 cm, y que se encuentra en un campo gravitatorio asociado a un valor de g de 9.78 m/s2.

7. Determinar el valor de hz(cm) de una columna de Hg(l) (=13.54 gm/cm3, g = 9.78 m/s2) que ejerza la misma presión en su base que la ejercida por la columna referida en el problema 6.

8. Se tiene una columna de H2O(l) (=21.5ºC, =0.995 gm/cm3) a g = 9.78 m/s2, cuya hz=30.0 cm. Determinar la nueva altura hz (cm) de la columna de H2O(l) a condiciones estándar (=3.98ºC, =1.000 gm/cm3, g=9.8067 m/s2), que ejerza la misma presión.

9. En un experimento del curso, se llevó a una cierta masa de aire (g) a un estado de presurización, caracterizado por  = 21.5ºC y h(H2O(l))= 30.0 cm (indicador tipo U) con  = 0.995 gm/cm3 y g = 9.78 m/s2. La presión barométrica local temporal fue igual a 580.0 torr (mm Hg est.).

a) Determinar el valor de la presión manométrica (mm Hg locales;  = 21.5ºC,  = 13.54 gm/cm3 y g = 9.78 m/s2).

b) Determinar el valor de la presión manométrica (mm Hg estándar;  = 0.0ºC,  = 13.595 gm/cm3 y g = 9.8067 m/s2).

c) Determinar el valor de la presión absoluta en torr.

10. En un experimento del curso, se partió de una cierta masa de aire (g) a presión absoluta = presión barométrica = 580.0 torr y  = 21.5ºC. El gas fue expandido, y al final  = 21.5ºC y h(H2O(l))= 40.0 cm (=0.995 gm/cm3; g = 9.78 m/s2). Para dicho estado final:

a) Determinar el vacío relativo, en las unidades:

a) cm H2O(l), condiciones locales (=0.995 gm/cm3; g = 9.78 m/s2).

b) mm Hg(l), condiciones locales (=13.54 gm/cm3).

b) Determinar el valor de vacío relativo (mm Hg est. = torr).

c) Determinar el valor de la P absoluta (mm Hg est.)

11. En un experimento del curso, se efectúo una compresión de una masa dada de aire (g). Al final de la compresión, el gas se caracterizó por:  = 21.5ºC, h(H2O(l))= 50.0 cm (=0.995 gm/cm3; g = 9.78 m/s2).

a) Determinar cuál debería ser la lectura de la presión manométrica indicada por un manómetro analógico comercial instalado en el recipiente del gas, y el cual se sabe, tiene su escala en las unidades (cm H2O(l)) a condiciones estándar (=3.98ºC, =1.000 gm/cm3, g=9.8067 m/s2).

b) Si Patm = 580.0 torr, determinar el valor de la P absoluta (total) del gas en torr.

12. En un experimento del curso, una cierta masa de aire (g) se sometió a un proceso de expansión. El estado final se caracterizó por:  = 21.5ºC, h(H2O(l))= 70.0 cm (=0.995 gm/cm3; g = 9.78 m/s2). Determinar:

a) ¿Cuál debería ser el valor del vacío relativo (mm Hg est.) indicado por un vacuómetro analógico comercial, el cual se sabe, registra valores de vacío relativo en mm Hg bajo condiciones estándar (=0.0ºC, =13.959 gm/cm3, g=9.8067 m/s2).

b) Si Patm = 580.0 torr, determinar el valor de la P absoluta (total) final del gas en torr.

13. En una sesión demostrativa experimental sobre presión, se presentó un tanque de gas presurizado. El manómetro comercial registró una lectura de 1900 lbf/pulg2.

a) Si Patm = 582.0 torr, determinar el valor de la P absoluta (atm) del gas en el interior del cilindro.

b) Determinar el valor de P absoluta, en unidades cm H2O(l) a condiciones estándar (=3.98ºC, =1.000 gm/cm3, g=9.8067 m/s2).

14. En una sesión demostrativa experimental sobre presión, se conectó una línea a vacío a un tubo de vidrio vertical inmerso (extremo inferior) en un depósito de Hg(l). La altura emergente de Hg(l) dentro del tubo, fue igual a 50.0 cm ( = 21.5ºC; g = 9.78 m/s2). Si Patm = 580.0 torr, determinar:

a) El valor del vacío relativo en la línea (torr).

b) El valor de P absoluta (total) en la línea (torr)

15.

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