Deber Nombre: Alex Moreno Fecha: 06/05/15Materia: Balance de
EnergaCarrera: Ing. Petroqumica1. Un cierto motor de gasolina tiene
una eficiencia de 30%; es decir, transforma en trabajo til 30% del
calor generado al quemar un combustible. Si el motor consume 0.80
L/h de una gasolina con vapor de calentamiento de kJ/L, cunta
potencia suministra? Exprese su respuesta en kw y en caballos de
fuerza.
2. Considere un automvil con masa de 55500 que frena hasta
detenerse desde una velocidad de 55 millas/h.a) Cunta energa (en
Btu) se disipa como calor por la friccin del proceso de frenado?b)
Suponga que en Estados Unidos se producen 300.000.000 de estos
procesos de frenado en el curso un da cualquiera. Calcule la
velocidad promedio (megawatts) a la cual se disipa la energa por la
friccin resultante.
3. La siguiente es una versin simplificada del ciclo de vida de
las bolsas para abarrotes.
A fines de la dcada de 197, los supermercados comenzaron a
reemplazar las bolsas de papel por otras de polietileno (plstico).
En los aos de 1980 surgi un movimiento para volver a usar papel,
inspirado ante todo por consideraciones ambientales. En la dcada de
1990 surgi un movimiento contrario al anterior, afirmando que las
bolsas de papel tenan un peor impacto ambiental que las de plstico.
Al momento de publicar este libro, el debate contina.Las siguientes
son estimaciones de las emisiones atmosfricas y el consumo de
energa asociados con la adquisicin y procesamiento de la materia
prima (tala de rboles, obtencin de la pulpa y fabricacin de papel,
produccin de petrleo, y refinacin y polimerizacin del polietileno),
la forma de desechar de bolsas, y para la manufactura y uso de
stas.
Suponga que las emisiones atmosfricas y el consumo de energa no
dependen de que las nuevas bolsas se fabriquen de materia prima
nueva o de bolsas recicladas y que se requiere casi el doble de
bolsas de plstico que de papel para guardar una cantidad dada de
comestibles.a) Calcule las emisiones al aire () y el consumo de
energa (Btu) por cada 1000 bolsas de papel utilizadas y por 2000
bolsas de plstico usadas, suponiendo que ninguna se recicla. b)
Repita los clculos del inciso (a) suponiendo que se recicla 60% de
las bolsas usadas. En qu porcentaje se reducen las emisiones
atmosfricas y el consumo de nervia al reciclar cada tipo de
material de las bolsas? c) Estime el nmero de bolsas que se emplean
a diario en Estados Unidos (poblacin=300 millones), y calcule la
tasa promedio de consumo de energa (megawatts, MW) asociada con la
produccin, uso y desecho de estas bolsas, suponiendo que son de
plstico y que no se reciclan. Cuntos MW se ahorraran con 60% de
reciclado?d) Debe haber determinado que las emisiones atmosfricas y
el consumo de energa son mayores cuando se emplea pape en vez de
plstico, aunque el reciclado reduce estas diferencias. NO obstante,
el hecho de decidir emplear plstico basndose por completo en este
resultado podra ser un error grave. Mencione varios factores
importantes que no se consideraron al tomar esta decisin,
incluyendo aspectos sobre el impacto ecolgico potencial de cada
tipo de bolsa.
4. Se bombea metanol lquido desde un tanque grande de
almacenamiento a travs de una tubera de 1 pulgada de dimetro
interno a razn de 3.00 gal/min.a) A qu velocidad en (i) ft*lb/s y
(ii) hp transporta el metanol la energa cintica en la tubera?b) La
alimentacin de energa electica a la bomba que transporta el metanol
debe ser mayor que la cantidad calculada en el incisa (a). Qu
supone que le sucede a la energa adicional? (Hay varias respuestas
posibles.)
5. El aire a 300C y 130 kPa fluye a travs de una tubera
horizontal de 7 cm de DI a una velocidad de 42.0 m/s . a) Calcule
(W) suponiendo comportamiento ideal del gas.b) Si el aire se
calienta a 400 C a presin constante, qu valor tiene c) Por qu sera
incorrecto decir que la velocidad de transferencia de calor al gas
es el inciso (b) debe ser igual a la velocidad de cambio de la
energa cintica?
6. Suponga que vaca un galn de agua encima de un gato que est
maullando a 10 pies debajo de la ventana de su recmara.a) Cunta
energa potencial ( pierde el agua?b) A qu velocidad viaja el agua (
justo antes del impacto?c) Diga si es cierto o falso : la energa
debe conservarse, de modo que la energa cintica del agua antes del
impacto debe ser igual a la energa cintica del gato despus del
impacto.
7. Adquiriste recientemente un pedazo grande de tierra en la
selva del Amazonas, a un precio extremadamente bajo. Estas muy
contento hasta que llegas all y te das cuenta que la fuente de
electricidad ms cercana se encuentra a 1500 millas de distancia,
dato que tu cuado, el agente de bienes races, olvid decirte. Como
la ferretera local no vende cables de 1500 millas de largo, decides
construir un generador hidroelctrico pequeo en una cada de agua de
75 m de altura, que est localizada muy cerca. La velocidad de flujo
del agua de la cascada es de y se necesita 750 kW.h/semana para
prender las luces, el aire acondicionado y la televisin. Calcula la
mxima potencia terica disponible de la cascada, y determina si es
suficiente para cubrir tus necesidades.
8.- Escribe y simplifica la ecuacin de balance de energa de un
sistema cerrado para cada uno de los siguientes procesos, y
determina cuando son positivos o negativos los trminos de calor y
trabajo distintos de cero. Considera como ejemplo la resolucin de
la parte (a), que si ilustra a continuacina) Se calienta el
contenido de un matraz cerrado de 25 C a 80C.b) El matraz de la
parte (a) se retira del mechero y se enfra de nuevo a 25C.c) Se
lleva a cabo una reaccin qumica en un recipiente rgido cerrado
adiabtico ( perfectamente aislado)d) Repite la parte (c), y
considera que el reactor es isotrmico en vez de adiabtico, y que
cuando se llev a cabo la reaccin adiabticamente, la temperatura del
reactor aument.
9.- Si el volumen de un gas aumenta en (litros) contra una
presin restauradora constante P(atm), el trabajo transferido del
sistema (el gas) a los alrededores es .a) Calcula el factor de
conversin de energa (J/litro.atm).b) Considera que se transfieren
200 caloras el gas en un globo, y que cuando se expande el globo
del gas realiza 3.62 litro.atm de trabajo. Calcula para este
proceso.c) Como la energa se conserva, el trabajo de 3.62
litro.atmque realiz el gas debe convertirse en energa cintica y/o
potencial y/o interna de algo que no es el gas. En qu se
convirti?.
10.- Un tanque con un pistn mvil contiene 4.00 litros de un gas
a 30C y 5.00 bars. El pistn se mueve lentamente hasta comprimir el
gas a 8.00 bars.a) Considera el gas que est dentro del tanque como
el sistema y desprecia ; escribe y simplifica la ecuacin del
balance de energa. No supongas que el proceso es isotrmico en esta
parte.b) Considera ahora que el proceso se efecta isotrmicamente, y
que el trabajo de compresin sobre el gas es igual a 6.75
litros.bar. Si el gas es ideal, de manera que U es una funcin solo
de T, Cunto calor (J) se absorbe o se transfiere ( determina lo que
ocurre) a los alrededores?. (Utiliza la tabla de la constante de
los gases del apndice C del libro para determinar el factor
necesario para convertir litro.bar en (J)?c) Supongamos ahora que
el proceso es adiabtico, y que U aumenta cuando T aumenta. La
temperatura final del sistema es mayor, igual o menor a 30C? Indica
brevemente tu razonamiento.
11.- un cilindro que tiene adaptado un piston de dimetro de 6 cm
contiene 1.40g de nitrgeno la masa del piston es 4,50 kg y se
coloca un peso de 20.00 kg sobre el piston. La temperatura del gas
es 30c y la presin fuera del cilindro es 1 atm.a) Compruebe que la
presiion absoluta en el cilindro es 1.86x1 Pa. Despues calcule el
volumen ocupada por el gas suponiendo comportamiento ideal de
este.b) Ahora suponga que el peso se retira de manera abrupta y el
piston se eleva hasta alcanzar una nueva posicion de equilibrio.
Ademas suponga que el proceso se realiza en dos pasos: uno rapido,
en el cual una cantidad despreciable de calor se intercamia con los
alrededores, seguido por uno lento, donde el gas regresa a 30 C.
considerando al gas como el sistema, escriba los balances de
energia para el paso 1, el 2 y el proceso total. En todos los casos
desprecie Ek y Ep. Si U varia de manera proporcional con Taumenta o
disminuye la temperatura del gas en el paso 1? Explique su
respuesta breve.
c) El trabajo realizado por el gas es igual a la fuerza de
restriccion (el peso del piston mas la fuerza debida a la presion
atmosferica) multiplicado por la distancia que recorre el piston.
Calcule esta cantidad y usela para determinar el calor transferido
a o desde(diga cual) los alrededores en el curso del proceso
12.- El oxigeno a 150 K y 41.64 atm tiene un volumen especifico
tabulado de 4.684 y una energia interna especifica de 1706 .
Calcule la entalpia especifica del oxigeno en este estado
13.- A continuacin se dan los valores de la energa interna
especfica del bromo en tres condiciones:
a) Qu estado de referencia se emple para generar las energas
internas especficas anteriores?b) Calcule U () para un proceso en
el cual se condensa vapor de bromo a 300 K a presin constante.
Despus, calcule H () para el mismo proceso, por ultimo calcule H
(KJ) para 5 mol de bromo sometidos al proceso.c) El vapor de bromo
en un recipiente de 5 litros a 300k y 0,25 bar se calentara hasta
340K. Calcule el calor (KJ) que se debe transferir al gas para
lograr al aumento deseado de temperatura suponiendo que U es
independiente de la presin.d) En la realidad, sera necesario
transferir ms calor del calculado en el inciso(c) en el recipiente
para que la temperatura del gas se eleva a 40 K por varios motivos.
Indique dos de ellos