Termodinámica

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TACHIRA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA

NÚCLEO DE TERMOFLUIDOS

TERMODINÁMICA II

GUIA No. 1: MEZCLAS DE GASES IDEALES

Elaborada y/o recopilada por: Ing. Rubén Arévalo

Para la solución de los siguientes ejercicios considere comportamiento ideal de los gases. Resuélvalos usando los calores específicos a 300 K y también considerando la variación de los calores específicos con la temperatura.

1. Un análisis de los productos de un cierto proceso de combustión arroja la siguiente composición en base volumétrica:

Componente Porcentaje en Volumen

N2 70

CO2 15

O2 11

CO 4

Determine:

a) La composición de la mezcla en base másica.

b) La masa de 0.2 m3 de esta mezcla a la condición de 100 kPa y 20°C.

c) El calor requerido para calentar la mezcla a volumen constante desde el estado inicial hasta 150°C.

2. La mezcla del problema 1 es comprimida en un proceso adiabático reversible en un cilindro desde el estado inicial hasta un volumen de 0.1 m3. Determine la temperatura final y el trabajo para el proceso.

3. Dos tanques rígidos adiabáticos están conectados por una válvula. El tanque A tiene un volumen de 5 m3 e inicialmente contiene oxígeno a 15°C y 400 kPa. El tanque B tiene un volumen de 35 m3 y contiene inicialmente nitrógeno a 35°C y 150 kPa. Se abre la válvula, permaneciendo abierta hasta que la mezcla resultante llega a un estado uniforme. Determine:

a) La presión y la temperatura final.

b) El cambio neto de entropía para el proceso.

4. Una mezcla gaseosa que contiene 50% de argón, 50% de dióxido de carbono, en volumen, está contenida en un cilindro a 300 kPa y 150°C. El gas es expandido hasta 150 kPa en un proceso adiabático reversible. Determine la temperatura final, el trabajo hecho por kmol de mezcla y los cambios de entropía del argón y del CO2 durante el proceso por kmol.

5. Hidrógeno y nitrógeno se mezclan en un proceso adiabático de EEFE en la relación 2 kmol de hidrógeno por kmol de nitrógeno. El hidrógeno entra a 0.5 MPa, 20°C y el nitrógeno entra a 0.5 MPa, 200°C. La presión después de la mezcla es 0.49 MPa. Determine la temperatura de la mezcla y el cambio neto de entropía por kmol de mezcla.

6. Considere la compresión de una mezcla aire-combustible en un motor de combustión interna. Asuma que el combustible es etano, que la relación aire-combustible en base másica es 15 a 1 y que el proceso es adiabático reversible. El motor tiene una relación de compresión (V1/V2) de 9 a 1 y antes que la compresión comience la presión en el cilindro es 88 kPa y la temperatura es 35°C. Determine la presión y la temperatura después de la compresión y el trabajo de compresión por kg de mezcla.

7. Un tanque adiabático de 100 L contiene nitrógeno gaseoso a 200 kPa y 25°C. Dióxido de carbono a 600 kPa, 90°C fluye desde una tubería hacia el tanque hasta que la presión en el interior del mismo es 400 kPa, en cuyo momento se cierra la válvula. Determine la temperatura final en el tanque y el cambio neto de entropía para el proceso.

8. 0.79 kmol de nitrógeno a 100

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