Matriz de Problemas

Daniela Cedeño Gallego Angie Natalia Fresneda Maria Camila Guerra Juan Pablo Campos Alvarado Jorge Delgadillo Flórez

CECILIO SILVEIRA CABRERA

FUNDACIÓN UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE COLOMBIA TEMODINÁMICA INGENIERIA INDUSTRIAL BOGOTÁ D.C. 2018

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1.

EJ. 115, Cap 1, PG 48, TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc Mc GRAW HILL, 7TA EDICIÓN ............3

2.

EJ. 128, Cap 1, PG 4, TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ..............4

3.

EJ. 59, Cap 1, PG 45, TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ..............6

4.

EJ. 66, Cap 1, PG 46 TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN................7

5.

EJ. 123, Cap 1, PG 55 TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc GRAW HILL HILL 7TA EDICIÓN ........... 10

6.

EJ. 99, Cap 1, PG TERMODINAMICA YUNES YUNES CENGEL Mc GRAW HILL HILL 7TA EDICIÓN ................. 11

7.

EJ. 79, Cap 1, PG 47 TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN............. 12

8.

EJ. 113, Cap 1, PG TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ............... 14

9.

EJ. 103, Cap 1, PG 46 TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc GRAW HILL HILL 7TA EDICIÓN .......... 15

10.

EJ. 109, Cap 1, PG 47 TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ...... 16

11.

EJ. 114, Cap 3, TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN.................. 20

12.

EJ. 9, Cap 4, TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ...................... 21

13.

EJ. 23, Cap 4, TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN .................... 23

14.

EJ. 35, Cap 4, TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN .................... 25

15.

EJ. 144, Cap 4, TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN.................. 27

16.


17.


18.

EJ. 134, Cap 3 TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ................... 30

19.

EJ. 114, Cap 4 TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ................... 32

20.

EJ. 9, Cap 4 TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ....................... 34

21.

EJ. 10, Cap 17, PG FISICA UNIVERSITARIA UNIVERSITARIA SEARS ZEMANSKY ZEMANSKY Mc GRAW HILL...................... ................ ...... 37

22.


23.

................ ...... 38 EJ. 10, Cap 17, PG FISICA UNIVERSITARIA UNIVERSITARIA SEARS ZEMANSKY ZEMANSKY Mc GRAW HILL......................

24.


25.


26.


27.

................ ...... 47 EJ. 11, Cap 17, PG FISICA UNIVERSITARIA UNIVERSITARIA SEARS ZEMANSKY ZEMANSKY Mc GRAW HILL HILL......................

28.


29.

EJ. 25, Cap 17, PG FISICA UNIVERSITARIA UNIVERSITARIA SEARS ZEMANSKY ZEMANSKY Mc GRAW HILL

49

















33.

EJ. 127, Cap 2, PG 107 TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN. .... 55

34.

EJ. 135, Cap 2, PG 108 TERMODINAMICA YUNES CENGEL Mc GRAW GRAW HILL 7TA EDICIÓN ..... 57

35.

EJ. 119, Cap 2, PG 106, TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL, 7TA EDICIÓN ... 57

36.

EJ. 115, Cap 2, PG 106, TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ... 59

37.

EJ. 125, Cap 2, PAG 107 TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ... 62

38.

EJ. 128, Cap 2, PAG 109 TERMODINAMICA YUNES CENGEL CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN ... 63

39.

EJ. 140, CAP 2 PAG 112 TERMODINAMICA YUNES A. CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN 65

40.

EJ. 145, Cap 2 PAG 112 TERMODINAMICA YUNES A. CENGEL Mc GRAW HILL 7TA EDICIÓN. 66

A continuación se desarrollaran los primeros 10 ejercicios del libro “Termodinámica” de los autores

Yunes Cengel y Michael Boles séptima edición, propuestos en la matriz número 2 del curso de termodinámica.

Un tubo de vidrio está conectado a un tubo de agua, como se muestra en la figura P1-115. Si la presión de agua en la parte inferior del tubo de vidrio es de 110 kPa, y la presión atmosférica es de 99 kPa, determine cuánto subirá el agua en el tubo de vidrio, en m. Tome la densidad del agua como 1.000 kg/m3.

















Presión manométrica o

Patm= 99 kPa Fluido:Agua P2= 120 kPa

 =1.000[] 

Determinar la altura h que subirá el agua en el tubo de vidrio, en metros. 

 =  +ℎ

Ecuación particular para el sistema establecido.



Despejandohdelaecuaciónplanteadaparaelsistema:

Resolviendo



ℎ =    ∗ / 1 1000  11099        ℎ = 100011099    9.81  1 1   = . 

Luego de realizar el ejercicio planteado, se puede concluir que a mayo presión en el fluido f luido (agua), mayor seria la altura h que alcance este líquido en el tubo de agua.

















Una manzana pierde 4.5 kJ de calor por °C de calor al enfriarse. La cantidad de calor perdida por la manzana, por °F de enfriamiento, es: a) 1.25 kJ c) 5.0 d) 8.1 kJ e) 4.1

 

Energía Calorífica 

∆.° = 4.1°5 

Determinar la cantidad de calor perdida por la manzana, por °F de enfriamiento:



,° = 1.18°



,° = 4.1.58°

°

















Concluimos que la respuesta correcta es la b, 2.5 kJ corresponde a la cantidad de calor perdida por la manzana en °F.

Los diámetros del émbolo en la figura P1-58E son D1 = 10 cm y D2 = 4 cm. Cuando la presión en la cámara 2 es 2 000 kPa y la presión en la cámara 3 es 700 kPa, ¿cuál es la presión en la cámara 1, en kPa?





Presión de fluidos Fluidos contenidos en recipientes cerrados. 

    =2000 =700 = 10 cm y

= 4 cm



Determinar la presión en la cámara 1, en kPa:

 





















P A + P A  A  = RA R = P AA  + P 1 1  AA  R = P AA  + P 1 1  AA  R = P DD  + P 1 1  DD  

La presión es:

 = 200200 kpakpa 104  + 700700 kpa kpa P 1 1  104  = 908 kpa

















g=9.81[sm] 

Determine la diferencia entre las presiones que actúan en su cabeza y en los dedos de sus pies, en kPa.



= ℎ 

N 1000 kg 1N  = 1000 m  9.81 ms  1.75m  0 1 kg ms   1kPa⁄m = .   

Concluimos que la diferencia entre las presiones que actúan en su cabeza y en los dedos de sus pies es de 17.2 kpa

















Presión. 

   = 13600 136 00  / / == 101000    ó=45



-Determinar si la presión en el ducto es mayor o menor que la presión atmosférica. -Determinar la presión absoluta del ducto.



=+ℎ  1   1 

















100 100 + 1313600600 / / 0,0,045 45 ∗  = )(9.81m/

106



Concluimos que la presión en el ducto está por encima de la presión atmosférica ya que la columna de fluido en el lado del conducto está en un nivel inferior y que la presión absoluta del ducto es de 106 kpa.

100/.

Examine el manómetro de la figura. Si el peso especifico del liquido A es ¿Cuál es la presión absoluta que indica el manómetro, en kpa, cuando la presión atmosférica local es de 9 0 kpa?



















¿Cuál es la presión absoluta que indica el manómetro, en kpa, cuando la presión atmosférica local es de 90 kpa? 



1=+ℎ  +ℎ 1=+ℎ + ℎ 10001 1=+ℎ  +ℎ 1=+ ℎ + ℎ 90+ 100  0,0,055 + 8  0,0,15  =96,2

La presión absoluta que indica el manómetro, en kpa cuando la presión atmosférica local es de 90 kpa es de 96,2 kpa.





















== == 1  9.81  1.1



== == 1  9.81  1.1 = 9.81  == == 1  9.81  10001. =0.00981  == == 1  9.81 =1./ 



















Un barco zarpa de la isla de Guam y navega 285 km con rumbo de 40.08 al norte del oeste. ¿Qué rumbo deberá tomar ahora y qué distancia deberá navegar para que su desplazamiento resultante sea de 115 km directamente al este de Guam? G uam?



o

Suma de Vectores: Resultado de sumar dos vectores. El procedimiento para sumar dos vectores es colocar el primero con una longitud que representa la magnitud de la cantidad física y una flecha que representa la dirección o

Desplazamiento inicial: 285 km Dirección 1: 40.08 Norte – Oeste Desplazamiento final: 115 km 

Rumbo y distancia para que el desplazamiento d esplazamiento resultante sea de 115 km 



















| | = 380,3434    á  183,1392  = − 333,  = 28,79°9° ;     ó    á = 180°  28,79° = 151,2°  : 380,34  28,79°  

El rumbo seria en dirección dirección a 28,79° NO y la distancia para que el desplazamiento resultante sea de 115 km sería de 380,34 m.

Un dispositivo cilindro-émbolo vertical contiene un gas a una presión absoluta de 180 kPa. La presión























Para el desarrollo del ejercicio, se establecerá como supuesto que el centro de referencia en la casa sea (0, 0,0) Y se toma que el norte es el eje positivo de "y" , el este es el lado positivo de "x" y arriba es el lado positivo de "z". Estamos usando el eje de coordenadas cartesianas. Y tenemos en cuenta que:

Entonces lo recorrido en metros es:

 ==1.0.00.1..00 =0.0.1



















 

Aumento de temperatura en unidades distintas. 

Calor a 2.700 kJ/h en °C. 

Expresar la tasa de pérdida de calor en K, °F y R.



Las magnitudes de 1 K y 1 °C son idénticas, por lo que también lo son las magnitudes de 1 R y 1 °F. Además, un cambio de 1 K o 1°C 1 °C en temperatura corresponde a un cambio de 1.8 R o 1.8 °F. Por lo tanto, nos basamos en las siguientes relaciones para hallar la temperatura f inal. ( K )  T ( C ) ( R )  T (  F )





















Con frecuencia, los globos se llenan con gas helio, porque sólo pesa la séptima parte de lo que pesa el aire bajo condiciones idénticas. La fuerza de flotación, que se puede expresar como F b =ρairegV globo globo, impulsará de subida al globo. Si el globo tiene 12 m de diámetro y lleva dos personas de 85 kg cada una, determine su aceleración al soltarlo. Suponga que la densidad del aire es 1.16 kg/m3 y desprecie el peso de sogas y la canastilla.





















F b

m





















F a



ma

F

(6)



m



Hallamos el volumen del globo: 4 r

3

3 V glob o y reemplazamos en la ecuación 1

4 ( 6 )3 



3



904 ,78 m 3

V glob o





















a



a



a



F neta mtotal 7.157 ,78 N 319 ,9 kg 22 ,36

m s 2



Obtuvimos la aceleración del globo al momento de ascender y hallamos la relación de las diferentes fuerzas que actúan en el cuerpo.























:: = =  :: = =  : =     ==0,0,18,8,889 1314 .. /. 1314    =   . 























politrópico, con un exponente politrópico cuyo valor es igual a la relación de calores específicos. Esta es la llamada expansión isentrópica. Determine la temperatura final y el trabajo de la frontera durante ese proceso.























Igualamos las presiones y los volúmenes para hallar el volumen.

 =  = 130130 0,0,0707.. =80=802. = 0,0,09914 09914  

Habiendo desarrollado lo anterior hallamos la temperatura final y el trabajo de la frontera























T 1= 90°C x=10% P= 800kPa T 2= 250°C























Un recipiente rígido de 10 L contiene inicialmente una mezcla de agua líquida y vapor a 100°C con calidad de 12.3 por ciento. Luego se calienta la mezcla hasta que su temperatura es de 150 °C. Calcule























 = 100° 10 0°    = 0. 1 23         =  +   = 0.001043 01043 0.1231.6720 0.001043 01043

Para



















































































































































































































































































































































































































































































































Fase 5 Conclusión

Se puede concluir del ejercicio realizado que la energía eólica utilizada para diferentes actividades desde hace varios siglos, permite entre otras cosas a crear energía sin contaminar el medio ambiente. Para el ejercicio específico se determina que la Potencia es de 181 kW y los ingresos generados llenan a $95,130 por año.

Se bombea agua desde un pozo de 200 pies de profundidad, hasta un recipiente de almacenamiento de 100 pies de altura. Calcule la potencia, en kW, que se necesitaría para bombear 200 galones por minuto. 

Fase I Análisis o

Tipo de fenómeno:

Potencia eléctrica: Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. También se puede definir Potencia como la energía desarrollada o consumida en una unidad de tiempo, expresada en la fórmula:

o

Información:

o

h: 200 pies de profundidad

o

v: 100 pies de altura

o

m: 200 galones/Min

o

La densidad del agua es de



Fase II Objetivos y Metas

.

Calcular la potencia, en kW, que se necesitaría para bombear 200 galones por minuto. 

Fase III Conocimiento (Modelación física matemática)



Fase IV Desarrollo (cálculos)

= =   = =  



















=8342∗  = 8342∗  737.516 ∗  = 11.3 

Fase 5 Conclusión

La potencia que se necesitaría para bombear 200 galones por minuto es de 11.3 Kw

En una central hidroeléctrica bajan 65 m3/s de agua, desde una altura de 90 m, hasta una turbina generadora de electricidad. La eficiencia general del turbogenerador es 84 por ciento. Sin tener en cuenta las pérdidas por fricción en la tubería, calcule la producción de potencia en esta planta.



Fase I Análisis

o

Tipo de fenómeno:

Potencia eléctrica: Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. También se puede definir Potencia como la energía desarrollada o consumida en una unidad de tiempo, expresada en la fórmula:



















Los niveles de agua permanecen constantes



Las pérdidas friccionales en la tubería son insignificantes



Densidad del agua:



Fase II Objetivos y Metas

=1000  = 1 

Calcular la producción de potencia en esta planta.



Fase III Conocimiento (Modelación física matemática)

=1000  = 1  



Fase IV Desarrollo (cálculos)

 1    ===9.81  9090  1000  =0.8829  == 1000  65  =65.000   =  =  === 65.000   0.8829   10001  = 57.57.39   =  ∗  =0.84457.57.39   =48.2 Fase 5 Conclusión

Análisis La energía mecánica total que posee el agua en una presa es equivalente a la energía potencial del agua en la superficie libre de la presa (en relación con la superficie libre del agua de descarga), y puede convertirse completamente en trabajo. Por lo tanto, el potencial de potencia del agua es su energía potencial, que es gz por unidad de masa, y mgz para un caudal de masa dado.

















Una tarjeta de circuito tiene 10 cm de altura y 20 cm de ancho, contiene 100 chips muy juntos; cada uno genera calor, a una tasa de 0.08 W, y lo transfiere por convección al aire que lo rodea, que está a 25°C. La transferencia de calor de la cara posterior de la tarjeta es despreciable. Si el coeficiente de transferencia de calor por convección, en la superficie anterior es 10 W/ . °C, y es despreciable la transferencia de calor por radiación, la temperatura superficial promedio de los chips es.

m

a) 26°C b) 45°C c) 15°C d) 80°C 

Fase 1: Análisis 

Tipo de fenómeno:

Transferencia de calor.

Información:

ℎ == 1200  ∞==0,2085°   = = 10 W/m W/m. 

Fase 2: Objetivos y Metas

Calcular la temperatura superficial promedio de los chips. 

Fase 3: Conocimiento (Modelación física matemática)



Fase 4: Desarrollo (cálculos)

= = ∞ 

1. Multiplicamos la altura por el ancho de la tarjeta de circuito para obtener el área total de la misma.

 = 0.10∗0 ∗ 0.02=2 = 0,30m.

2. Hallamos el flujo total de calor

















4. Procedemos hallar la temperatura superficial promedio promedio de los chips usando la formula

25°8 = = ∞ = =5.67  3 5. 6 725°  = = ∞ =  3 =5.67 

Fase 5 Conclusión

Se logró calcular la temperatura superficial promedio

Realice una investigación donde revise los conceptos de contaminación termina y su estado actual. 

Fase 1: Análisis 

Tipo de fenómeno:

Conceptos de contaminación termina y su estado actual. 



Información:

Fase 2: Objetivos y Metas

Realizar una investigación donde revise los conceptos de contaminación termina y su estado actual.



Fase 4: Desarrollo (cálculos)

¿Qué es la contaminación térmica? Dicho de manera técnica la contaminación térmica está basada en la descomposición de la calidad del agua y del aire, puede afectar a la calidad de vida por la subida de temperatura o por la bajada de temperatura y afecta de manera negativa a los seres vivos. Si definimos la contaminación térmica de una manera más coloquial podríamos decir que es un proceso que modifica la temperatura del medio amiente de manera perjudicial. El medio más común en el que la contaminación contaminación térmica se manifiesta es en el agua, aunque también en el aire, pero en el aire este tipo de contaminación se dispersa fácilmente aunque también es posible, un ejemplo de eso serían los aparatos de aire acondicionados los cuales echan el calor hacia la calle. Una central térmica precisa de refrigeración porque no transforma toda su energía química en electricidad y lo restante sería calor. Es por ello por lo que el agua es el elemento perfecto para que



















Para reducir el efecto que tiene el tirar agua a altas temperaturas en los ríos o en los mares pasa por una torre de evaporación, esta torre lo que hace es que reduce una gran parte de la temperatura. Pero, aunque se realice este proceso se alteran las características fisicoquímicas que hay en el agua de los mares y los ríos. Aunque en la actualidad tenemos que decir que la salida de agua está controlada ya que en verano por ejemplo las centrales nucleares paran esta salida por la subida de temperatura temperatura y el caudal escaso que presentaban los ríos. Como hemos dicho anteriormente, la contaminación térmica es tanto el descenso como la subida de temperatura, temperatura, es por eso por lo que tenemos que hablar también de la excesiva agua fría. En muchas industrias de regasificación del gas natural se usa una gran cantidad de volumen de agua del mar y se devuelve mucho más fría de lo que estaba antes. Este desgasta de la calidad del agua o del aire ambienta, ya sea porque la temperatura baja o sube afecta de forma negativa a los seres vivos y en general al medio ambiente porque estos cambios climáticos que se producen desajustes el equilibrio medioambiental. Causas de este tipo de contaminación 



Un cambio brusco de la temperatura. La energía que liberan las lámparas fluorescentes, focos y lámparas incandescentes, en forma de calor.



El tirar agua caliente en ríos o mares.



El verter agua fría en ríos o mares.



La energía que desprenden los motores de combustión interna a modo de calor.

Entre muchas causas más pero estas serían las principales causas para la aparición de este tipo de contaminación. ¿Cómo afecta al bienestar de los seres vivos? 

La extinción de varias especies de animales y plantas.



Lluvias torrenciales, sequias sequias e inundaciones que afectan a todos los seres vivos.





















Reciclar el agua usada en los procesos de enfriamiento. Por ejemplo, esperar a que se enfrié y se vuelve a utilizar. Restringir la cantidad de agua termal que se vierte en el mismo cuerpo del agua.

Este tipo de contaminación contaminación es un problema global y es el principal causante del calentamiento global. El calentamiento global no solo afecta al a los animales y plantas si no que tiene causas muy perjudiciales perjudiciales para la salud de los seres humanos. 

Fase 5 Conclusión

Actualmente la contaminación térmica juega un gran papel en el bienestar del medio ambiente. ambiente . Sin embargo, muchas personas dan por hecho que este tipo de contaminación raramente puede dar efectos negativos en su salud o bienestar y eso se da por la falta de conocimiento sobre este tipo de contaminación.

Matriz de Problemas

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