S2 temp-presion
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Este documento contiene preguntas y problemas relacionados con conceptos de termodinámica como temperatura, presión, manómetros y barómetros. Se piden conversiones entre diferentes escalas de temperatura como Celsius, Fahrenheit y Kelvin, así como cálculos que involucran presiones atmosféricas, manométricas, profundidades y densidades de fluidos. También incluye ejercicios sobre la ley de Pascal, manómetros de varios fluidos y el uso de barómetros para medir alturas.
S2 temp-presion
- 1. Temperatura 1-33C ¿Cuál es la ley cero de la termodinámica? 1-34C ¿Cuáles son las escalas ordinaria y absoluta de tem- peratura, en el SI y en el sistema inglés? 1-36 La temperatura en el interior del organismo de una per- sona saludable es 37 °C. ¿Cuánto es en kelvin? 1-37E ¿Cuál es la temperatura del aire calentado a 150 °C en °F y en R? 1-38 La temperatura de un sistema aumenta en 45 °C durante un proceso de calentamiento. Exprese en kelvin ese aumento de temperatura. 1-40E La temperatura del aire ambiente en cierta ubicación se mide como –40 °C. Exprese esta temperatura en unidades Fahrenheit (°F), Kelvin (K) y Rankine (R). 1-41E La temperatura del agua cambia en 10 °F durante un proceso. Exprese este cambio de temperatura en unidades Cel- sius (°C), Kelvin (K) y Rankine (R). 1-42E Los humanos se sienten más cómodos cuando la tem- peratura está entre 65 °F y 75 °F. Exprese esos límites de tem- peratura en °C. Convierta el tamaño del intervalo entre esas temperaturas (10 °F) a K, °C y R. ¿Hay alguna diferencia si lo mide en unidades relativas o absolutas? Presión, manómetro y barómetro 1-43C ¿Cuál es la diferencia entre presión manométrica y presión absoluta? 1-47C Enuncie la ley de Pascal, y proporcione un ejemplo de ella en el mundo real. 1-49 En un tanque de almacenamiento de aire comprimido, la presión es 1 500 kPa. Exprese esa presión utilizando una combi- nación de las unidades a) kN y m; b) kg, m y s; c) kg, km y s. 1-53 El agua en un recipiente está a presión, mediante aire comprimido, cuya presión se mide con un manómetro de varios líquidos, como se ve en la figura P1-53. Calcule la presión manométrica del aire en el recipiente si h1 = 0.2 m, h2 = 0.3 m y h3 = 0.46 m. Suponga que las densidades de agua, aceite 01Chapter_01 ITALICAS.indd 4101Chapter_01 ITALICAS.indd 41 7/12/11 15:30:317/12/11 15:30:31 y mercurio son 1 000 kg/m3, 850 kg/m3 y 13 600 kg/m3, res- pectivamente. Aceite Mercurio 2 h1 h2 h3 1 Agua Aire 1-54 Calcule la presión atmosférica en un lugar donde la indicación del barómetro es 750 mm Hg. Suponga que la den- sidad del mercurio es 13 600 kg/m3. 1-55 La presión manométrica en un líquido, a 3 m de pro- fundidad, es 42 kPa. Determine la presión manométrica en el mismo líquido a la profundidad de 9 m. 1-56 La presión absoluta en agua a 5 m de profundidad resulta ser 145 kPa. Determine a) la presión atmosférica local y b) la presión absoluta a 5 m de profundidad, en un líquido cuya gravedad específica sea 0.85, en el mismo lugar geográfico. 1-57E Demuestre que 1 kgf/cm2 ϭ 14.223 psi. 1-58E Los diámetros del émbolo que muestra la figura P1-58E son D1 ϭ 3 pulg y D2 ϭ 1.5 pulg. Determine la pre- sión, en psia, en la cámara, cuando las demás presiones son P1 ϭ 150 psia y P2 ϭ 250 psia. P1 P2 P3 D2 D1
- 2. 1-60 Considere una mujer con masa de 70 kg que tiene un área total de pisada de 400 cm2. Ella quiere caminar en la nieve, pero ésta no puede soportar presiones mayores de 0.5 kPa. Determine el tamaño mínimo de los zapatos de nieve necesarios (área de pisada por zapato) para permitirle caminar sobre la nieve sin hundirse. 1-64 El barómetro básico se puede utilizar para medir la altura de un edificio. Si las lecturas barométricas en la parte superior y en la base del edificio son 675 y 695 mm Hg res- pectivamente, determine la altura del edificio. Tome las densi- dades del aire y del mercurio como 1.18 kg/m3 y 13 600 kg/m3, respectivamente. 01Chapter_01 ITALICAS.indd 4201Chapter_01 ITALICAS.indd 42 7/12/11 15:30:327/12/11 15:30:32 1-67 Un gas está contenido en un dispositivo vertical de cilindro-émbolo entre los que no hay fricción. El émbolo tiene una masa de 3.2 kg y un área de sección transversal de 35 cm2. Un resorte comprimido sobre el émbolo ejerce una fuerza de 150 N. Si la presión atmosférica es de 95 kPa, calcule la presión dentro del cilindro. Respuesta: 147 kPa A = 35 cm2 Patm = 95 kPa mP = 3.2 kg 150 N 1-77 Considere un tubo en U cuyas ramas están abiertas a la atmósfera. Ahora se agrega agua dentro del tubo desde un extremo y aceite ligero (r ϭ 790 kg/m3) desde el otro. Una de estas ramas contiene 70 cm de agua, mientras que la otra contiene ambos fluidos con una relación de altura aceite-agua de 4. Determine la altura de cada fluido en esta rama. Agua Aceite 70 cm 1-87 Un recipiente con varios líquidos se conecta con un tubo en U, como se ve en la figura P1-87. Para las graveda- des específicas y alturas de columna indicadas, calcule la pre- sión manométrica en A. También determine la altura de una columna de mercurio que causara la misma presión en A. Respuestas: 0.471 kPa, 0.353 cm A 70 cm 30 cm 20 cm 15 cm 90 cm Aceite DR = 0.90 Agua Glicerina DR = 1.26 1-114 Una olla de presión cuece mucho más rápidamente que una olla ordinaria manteniendo una presión y una tem- peratura más altas en el interior. La tapa de una olla de pre- sión está bien sellada, y el vapor sólo puede escapar por una abertura en medio de la tapa. Una pieza separada de metal, la válvula de purga, está encima de esta abertura, y evita que el vapor se escape hasta que la fuerza de la presión vence al peso de la válvula de purga. El escape periódico del vapor evita de esta manera cualquier acumulación peligrosa de presión, y mantiene la presión interna a un valor constante. Determine la masa de la válvula de purga de una olla de presión cuya pre- sión de operación es 100 kPa manométrica y tiene un área de sección transversal de la abertura de 4 mm2. Suponga una pre- sión atmosférica de 101 kPa, y dibuje el diagrama de cuerpo libre de la válvula de purga. Respuesta: 40.8 g Patm = 101 kPa Válvula de purga A = 4 mm2 Olla de presión
- 3. 01Chapter_01 ITALICAS.indd 4301Chapter_01 ITALICAS.indd 43 7/12/11 15:30:347/12/11 15:30:34 Problemas de repaso 1-126 Un pez nada 5 m bajo la superficie del agua. El aumento en la presión que se ejerce sobre el pez, al zambu- llirse hasta una profundidad de 25 m bajo la superficie es a) 196 Pa b) 5 400 Pa c) 30 000 Pa d) 196 000 Pa e) 294 000 Pa 1-127 Con un barómetro se miden las presiones atmosféricas en la azotea y al pie de un edificio, y resultan 96.0 y 98.0 kPa. Si la densidad del aire es 1.0 kg/m3, la altura del edificio es a) 17 m b) 20 m c) 170 m d) 204 m e) 252 m 1-128 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 b) 2.50 kJ c) 5.0 kJ d) 8.1 kJ e) 4.1 kJ 1-129 Imagine una alberca con 2 m de profundidad. La diferencia de presiones entre la superficie y el fondo de esa alberca es a) 12.0 kPa b) 19.6 kPa c) 38.1 kPa d) 50.8 kPa e) 200 kPa 1-130 Al nivel del mar, el peso de una masa de 1 kg, en uni- dades SI, es 9.81 N. El peso de 1 lbm, en unidades inglesas, es a) 1 lbf b) 9.81 lbf c) 32.2 lbf d) 0.1 lbf e) 0.031 lbf 1-131 Durante un proceso de calentamiento, la temperatura de un objeto aumenta 10 °C. Este aumento de temperatura equi- vale a un aumento de a) 10 °F b) 42 °F c) 18 K d) 18 R e) 283 K
- 4. 01Chapter_01 ITALICAS.indd 4901Chapter_01 ITALICAS.indd 49 7/12/11 15:30:437/12/11 15:30:43
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