Cap-1_Problemas

Problemas de repaso para el examen FE/EIT 1.1FE La termodinámica de ingeniería no incluye energía. A. B. C. D.

Almacenamiento. Utilización Transferencia. Transformación

1.2FE. En un proceso casi en equilibrio, la presión en un sistema A. B. C. D.

Permanece constante Varia con la temperatura Es constante en todas partes de un instante. Resulta fuerza en una entrada de trabajo positivo

1.3FE De lo siguiente, ¿Cuál no es una propiedad extensiva? A. B. C. D.

Cantidad de movimiento Energía cinética Densidad Masa

1.4FE De lo siguiente, ¿Cuál serie identificado como volumen de control? A. B. C. D.

Compresión de la mezcla de aire y combustible en un cilindro. Llenar un neumático con aire en una gasolinera. La expansión de gases inmediatamente después de la combustión en un cilindro El globo cautivo de la Goodyear durante un vuelo

1.5FE De lo siguiente, ¿Cuál no es una propiedad intensiva? A. B. C. D.

Velocidad. Presión Temperatura Volumen

1.6FE De lo siguiente ¿Cuál es un proceso casi en equilibrio? A. B. C. D.

mezcla de un fluido compresión de la mezcla de aire y combustible en un cilindro. Combustión Un globo que revienta.

1.7FE De lo siguiente, ¿Cuál no es una unidad aceptable del SI? A. B. C. D. E.

Distancia medida en centímetros Presión medida en newtons por metro cuadrado Densidad medida en gramos por centímetros cúbico Densidad medida en gramos por centímetro cúbico. Volumen medido en centímetros cúbicos.

1.8FE Las unidades de joules se pueden convertir a ¿Qué de lo siguiente? A. B. C. D.

Pa*m2 N*kg Pa/m2 Pa*m3

1.9FE La presión atmosférica normal en metros de amoniaco (p=600 kg/m3) es: A. B. C. D.

17m 19m 23m 31m

1.10FE Convierta 200 kPa manometritos de presión a milímetros absolutos de mercurio (pHg = 13.6pagua). A. B. C. D.

1500mm 1750mm 2050mm 2250mm

1.11FE Una presión manométrica de 400kPa, que actúa sobre un embolo de 4 cm. de diámetro, es resistida por un resorte con constante de resorte de 800 N/m. ¿Cuánto se comprime el resorte? Desprecia el peso del embolo. A. B. C. D.

0.63 m 0.95m. 1.32m 1.98m

*1.12FE Calcule la cesión en el cilindro de 200mm de diámetro mostrado en la figura P1.12FE. El resorte comprime 40cm. A. B. C. D.

138 kPa 125 kPa 110 kPa 76 kPa

1.13FE ¿Que fuerza de presión existe en un área horizontal de 80 cm. de diámetro a una profundidad de 300 metros bajo la superficie de un lago? A. B. C. D.

150 kN 840 kN 1480 kN 5910 kN

1.14FE En termodinámica, nuestra atención se concentra ¿en que forma de energía? A. B. C. D.

energía cinética energía interna energía potencial energía de superficie

Problemas 1.1 Haga un dibujo de las siguientes situaciones que identifica el sistema o volumen de control y la frontera del sistema o la superficie de control. (a) Los gases de la combustión en un cilindro durante la carrera de fuerza. (b) Los gases de combustión en un cilindro durante carrera de escape. (c) Un neumático de automóvil que se calienta durante una corrida. (e) una olla de presión durante su operación. 1.2 Identifique cuales de las siguientes son propiedades extensivas y cuales son propiedades intensivas: (a) un volumen de 10 m3 , (b) 30 J de energía cinética, (c) una presión de 90 kPa, (d) un esfuerzo de 1000 kPa, (e) una masa de 75 kg y (f) una velocidad de 60 propiedades intensivas suponiendo m =75 kg. 1.3 ¿Cuáles de los siguientes procesos pueden ser aproximado por un proceso casi en equilibrio? (a) La expansión de gases de combustión en el cilindro de un motor de automóvil. (b) La ruptura de una membrana que separa una región de alta y baja presión en un tubo. (c) El calentamiento del aire en un cuarto con un calentador de madera.

1.4 El gas en un volumen cúbico con lados a diferente temperatura es aislado de modo súbito con referencia a la transferencia de masa y energía. ¿esta este sistema en equilibrio termodinámico? ¿Por qué si o por que no? 1.5 Un líquido súper enfriado es un líquido que esta enfriado a una temperatura debajo de aquella en la que ordinariamente se solidifica. ¿esta este sistema en equilibrio termodinámico? ¿porqué si o por que no ¿ 1.6 Exprese las siguientes cantidades en términos de unidades fundamentales del SI (kg,m,s): (a) potencia, (b) flujo térmico y (c) peso especifico. 1.7 Convierta lo siguiente a unidades del SI: (a)6ft, (b) 4 in3, (c) 2 slugs, (d) 40 ft-lbf, (e) 2000 ft-lbf/sec, (f) 150 hp, (g) 10 ft3/ sec.

Segunda ley de Newton 1.8

Determine el peso de una masa de 10 kg en un lugar donde la aceleración de la gravedad es de 9.77 m/s2 . 1.9 Determine la fuerza necesaria para acelerar una masa de 20 lbm a razón de 60ft/sec2 verticalmente hacia arriba. 1.10 El peso de una masad e 10 lb. se mide en un lugar donde g = 32.1 ft/sec2 en una bascula de resorte originalmente calibrada en una región donde g = 32.3 ft/sec2. ¿Cuál será la lectura? 1.11 Un metro cúbico de agua a temperatura ambiente, tiene un peso de 9800 N en un lugar donde g = 9.80 m/s2. ¿Cuál es su peso especifico y su densidad en un lugar donde g = 9.77 m/s2? 1.12 La aceleración de la gravedad esta dada como función de la elevación sobre el nivel del mar por la relación g = 9.81 – 3.32 x 10-6h m/s2, con h medida en metros. ¿Cuál es el peso de un avión a 10 Km. de elevación cuando su peso al nivel del mar es 40 kN? 1.13 Calcule la fuerza necesaria para acelerar un cohete de 20000 lbm verticalmente hacia arriba a razón de 10 ft/sec2. suponga g = 32.2 ft/sec2. 1.14 Suponga que la aceleración de la gravedad sobre un cuerpo celeste se da como función de la altitud por la expresión g = 4 -1.6 x 10 -6 m/s2, donde h es en metros sobre la superficie del planeta. Una sonda espacial peso 100 kN en la tierra al nivel del mar. Determine (a) la masa de la sonda. (b) su peso sobre la superficie del planeta. (c) su peso a una elevación de 200 Km. sobre la superficie del planeta. 1.15 Determine la desaceleración de (a) un auto de 2200 kg y (b) un auto de 1100 kg, si los frenos se aplican repentinamente de modo que las cuatro llantas patinan. El coeficiente de fricción n = 0.6 en asfalto seco. (n =F/N donde N es la fuerza normal y F es la fuerza de fricción). 1.16 Cuando un cuerpo es acelerado bajo el agua, parte del agua también se acelera. Esto hace parecer el cuerpo tenga una masa mas grande de lo que en realidad tiene. Para una esfera en reposo, esta masa agregada es igual a la mitad de la masa del agua desplazada. Calcule la fueraza necesaria para acelerar una esfera de 10kg y 300 mm de diámetro, que esta en reposo bajo el agua, a razón de 10 / s2 en la dirección horizontal. Utilice Papua = 1000 kg/m3. 1.17 La fueraza de atracción entre dos masas m1 y m2, que tienen dimensiones pequeñas compara con su distancia de separación R, esta dada por la tercera ley de Newton, F =

km1 m2/R2 , donde k = 6.67 x 10 -11 N*m2/kg2 . ¿Cuál es la fuerza gravitacional que el sol (1.97 x 1030 kg) y la tierra (5.95 x 10 24 kg) ejercen sobre la luna (7.37 x10 22 kg) en un instante cuando la tierra, la luna y el sol forma un Angulo de 90°? La distancia entre la tierra y la luna y el sol y la luna, son 380 x 10 3 Km. y 150 x106 Km., respectivamente. 1.18 La masa que entra en la tercera ley de Newton de la gravitación (Problema 1.17) es la misma que la masa definida por la segunda ley de Newton del movimiento. (a) demuestre que si g es la aceleraron gravitacional, entonces g = kme/R 2, donde me es la masa de la tierra y R es el radio de la tierra. (b) El radio de la tierra es 6370 Km. Calcule su masa si la aceleración de la gravedad es 9.81 m/s 2. 1.19 (a)Un satélite gira en orbita alrededor de la tierra a 500 Km. sobre la superficie con solo la atracción de nuestro planeta actuando sobre el satélite. Estime la velocidad del satélite. [sugerencia: La aceleración en la direccion radial de un cuerpo que se mueve con velocidad V en trayectoria circular de radio r es V2/r; esto debe ser igual a la aceleración gravitacional (vea problema 1.12).] (b) se reporto que el primer satélite terrestre se desplazaba a 27000 Km. /h y su altura máxima sobre la superficie de la tierra fue de 900 Km. Si se supone que la orbita era circular y tomando el diámetro medio de la tierra como 12700 Km., determine la aceleración gravitacional a esta altura usando (i) la fuerza de atracción entre dos cuerpos y (ii) la aceleración radial de un cuerpo en movimiento. 1.20 Complete lo siguiente si g = 9.81 m/s2 y *V = 10 m3.

1.21 Calcule la densidad, peso específico, masa y peso de un cuerpo que ocupa 200 ft3 si su volumen específico es 10 ft 3/lbm. 1.22

complete lo siguiente si Pp atm = 100 kPa (yHg = 13.6yagua)

1.23 la presión en un punto determinado es 50 mm de Hg absoluta. Exprese esta presión en kPa, kPa manométrica, y m de H2O abs si patm = 80 kPa. Utilice el hecho de que el mercurio es 13.6 veces más pesado que el agua. 1.24 Un tubo de manómetro que contiene mercurio se emplea para medir la presión PA en el tubo de aire. Determine la presión manométrica Paire . Use yHg = 13.6yagua .

1.25 Determine la diferencia de presión entre el tubo de agua y el tubo de aceite. La pare superior de la columna de mercurio esta la misma elevación que la media del tubo de aceite.

1.26 Una cámara grande esta separa en los compartimenteo1 y 2, así como se ve en la figura P1.26, que se conservan a presiones diferentes. El manómetro A indica 300kPa y el manómetro B indica 120 kPa. Si el barómetro local indica 720 mmHg, determine las presiones absolutas existente en los compartimentos y la lectura del manómetro C.

1.27 Se puede insertar un tubo en la parte superior de un tubo que trasporta líquidos, siempre que la presión sea relativamente baja para que el liquido llene el tuvo a una altura h. determine la presión en un tubo de agua si el agua busca un nivel a una altura h =6 ft sobre el centro del tubo 1.28 Una campana de vidrio de 250mm de diámetro se apoya sobre una placa plana y se hace vacio hasta llegar a 700 mm Hg. El barómetro local indica 760 mm Hg. Encuentre la presión absoluta dentro de la campana, determine la fuerza necesaria para que la campana se levante de la placa. Desprecie el peso de la campana. 1.29 Una compuerta horizontal de 2m de diámetro situada en el fondo de un tanque de agua como se ve en la figura P1.29. determine la fuerza F necesaria para abrir la compuerta

1.30 Una temperatura de un cuerpo se mide que es 26°C. determine la temperatura en °R, K y °F. 1.31 Un cuerpo de 10 kg cae desde el reposo, con interacción insignificante con su medio ambiente (no hay fricción). Determine su velocidad después de que cae 5m. 1.32 La energía potencial almacenada en un resorte esta dada por 1/2Kx2, donde K es la constante del resorte y x es la distancia que el resorte se comprime. Dos resortes están diseñados para absorber la energía cinética de un vehículo de 2000 kg. Determine la constante de resorte necesaria si la máxima compresión ha de ser de 100 mm a una rapidez de 10 m/s de un vehículo. 1.33 Un cuerpo de 0.8 lbm que se desplaza a 200 ft/sec entra a un liquido viscoso y es esencialmente llevado al reposo antes de chocar con el fondo. ¿cual es el aumente en la energía interna, tomando el cuerpo y el liquido como el sistema? Desprecie el cambio de energía potencial.

1.34 Un vehículo de 1500 kg que corre a 60 Km. /h choca de frente con un vehículo de 1000kg que corre a 90 Km./h. si de inmediato llegan al reposo después del impacto, determine el aumento en energía interna, tomado ambos vehículos como el sistema. 1.35 La gravedad esta dada por g= 9.81 – 3.32 x 10-6 h ms/s2 , donde h es la altura sobre el nivel del mar. Un avión vuela a 900 Km. /h a una elevación de 10 Km. Si sus peso al nivel del mar es de 40 kN, determine (a) su energía cinética, y (b)su energía potencial con respecto al nivel del mar