Este documento presenta un examen parcial de termodinámica con 5 problemas. El primer problema calcula la fuerza necesaria para subir una carga usando el principio de Pascal. El segundo problema determina la altura de agua requerida para elevar mercurio en un tubo en U. El tercer problema calcula la energía interna de un gas diatómico. El cuarto problema determina el trabajo realizado durante un proceso isobárico. Y el quinto problema calcula el trabajo al comprimir aire manteniendo la temperatura constante.

1. 29 de ABRIL de
2015 TERMODINÁMICA PRIMER EXAMEN PARCIAL - UASF
EXAMEN PARCIAL DE TERMODINÁMICA
Nombres y Apellidos: Carrera Profesional:
Semestre: Código:
Fecha:
PROBLEMA 1
En la figura; ¿qué fuerza es necesaria para subir la carga de 4000Kg-f? Considere D1= 2,5cm, D2= 20cm (D1; D2= diámetros del
émbolo)
PROBLEMA 2
Un tubo en "U" de ramas iguales contiene mercurio. ¿Qué altura: en mm; de agua se debe verter en una de las ramas para que el
mercurio en la otra rama se eleve en 1 milímetro? La densidad del mercurio ρHg=13,6g/cc.
PROBLEMA 3
Calcule la energía interna (U) en un gas diatómico contenido en un recipiente de dos litros de capacidad a la presión de
1,5x105
Pa. Considere que 1L=1x10-3
m3
y además cumple con la ley ⇒
5 5
U = .n.R.T U = .P.V
2 2
. De la respuesta en Joules (J).
PROBLEMA 4
Un sistema contiene 10 kilogramos de gas dióxido de carbono (CO2). Se realiza un proceso isobárico disminuyendo su energía
interna en 650KJ. Determinar el trabajo efectuado sobre el sistema. Considere:
Cv=0,65KJ/Kg.K y Cp=0,85KJ/Kg.K
PROBLEMA 5
Una masa de 1,2 kilogramos de aire a 150KPa y 12o
C está contenido en un dispositivo hermético de gas cilindro-émbolo sin
fricción. Después el aire se comprime hasta una presión final de 600KPa. Durante el proceso se transfiere calor desde el aire para
que la temperatura en el interior del cilindro se mantenga constante. Calcule el trabajo realizado durante este proceso.
ING. DAVID ANDRÉS SANGA TITO INGENIERÍA INDUSTRIAL – IV SEMESTRE Página 1

2. 29 de ABRIL de
2015 TERMODINÁMICA PRIMER EXAMEN PARCIAL - UASF
SOLUCIÓN DEL EXAMEN PARCIAL DE TERMODINÁMICA
TOMADO EL 29 DE ABRIL DEL 2015
Nombres y Apellidos: Carrera Profesional:
Semestre: Código:
Fecha:
PROBLEMA 1
En la figura; ¿qué fuerza es necesaria para subir la carga de 4000Kg-f? Considere D1= 2,5cm, D2= 20cm (D1; D2= diámetros del
émbolo)
Por el Principio de Pascal:
( ) ( )
.........(1)⇒
1
2 2
1F = 62,5kg - f
F 4000kg-f
=
π π
. 2,5 . 20
4 4
Luego aplicando momentos en “O” en la barra rígida se tiene:
Rpta⇒
1F.(25cm) =F .(5cm)
F.(25cm) = (62,
F=12,5 Kg-
5Kg-f).(
f
5cm)
PROBLEMA 2
Un tubo en "U" de ramas iguales contiene mercurio. ¿Qué altura: en mm; de agua se debe verter en una de las ramas para que el
mercurio en la otra rama se eleve en 1 milímetro? La densidad del mercurio ρHg=13,6g/cc.
Por conservación de las presiones (igualdad de presiones en dos o más
puntos) tenemos:
1 2
Hg
P = P
ρ .g
2
1 H O.h =ρ .g
( ) ( ) ( ) ( )
:luego reeplazando valores se obtiene
⇒
2
2
Hg 1 H O 2
2
2
.h
ρ .h =ρ .h
13,6g/cc . 2mm = 1
h = 2
g
7
/cc . h
,2mm
PROBLEMA 3
ING. DAVID ANDRÉS SANGA TITO INGENIERÍA INDUSTRIAL – IV SEMESTRE Página 2

3. 29 de ABRIL de
2015 TERMODINÁMICA PRIMER EXAMEN PARCIAL - UASF
Calcule la energía interna (U) en un gas diatómico contenido en un recipiente de dos litros de capacidad a la presión de
1,5x105
Pa. Considere que 1L=1x10-3
m3
y además cumple con la ley ⇒
5 5
U = .n.R.T U = .P.V
2 2
. De la respuesta en Joules (J).
Por ser un gas diatómico se tiene:
5 -3
2
5 5
U = .n.R.T U = .P.V
2 2
5
U = .P.V reemplazando :
2
5
U = .(1,5x10 ).(2x10 )
2
U = 7,5x10 U = 750J Rpta
⇒
⇒
⇒
⇒ ⇒
PROBLEMA 4
Un sistema contiene 10 kilogramos de gas dióxido de carbono (CO2). Se realiza un proceso isobárico disminuyendo su energía
interna en 650KJ. Determinar el trabajo efectuado sobre el sistema. Considere:
Cv=0,65KJ/Kg.K y Cp=0,85KJ/Kg.K
SOLUCIÓN
Datos
Cv=0,65KJ/Kg.K y
Cp=0,85KJ/Kg.K
m=10Kg, ΔU=-650J
Aplicando la primera Ley de la Termodinámica para un proceso isobárico⇒P=cte
Q = W + ΔU W = Q - ΔU
W = m.Cp.ΔT - ΔU....(1)
ΔU = -650J m.Cv.ΔT = -650
-650 -650
ΔT = ΔT = ΔT = -100K....(2)
m.Cv (10).(0,65)
de (2) en (1)
W = (10).(0,85).(-100) - (-650)
W = -850 + 65 W =0 -200J
⇒ ⇒
⇒
⇒ ⇒
⇒ ⇒ ⇒
⇒
⇒ ⇒
PROBLEMA 5
Una masa de 1,2 kilogramos de aire a 150KPa y 12o
C está contenido en un dispositivo hermético de gas cilindro-émbolo sin
fricción. Después el aire se comprime hasta una presión final de 600KPa. Durante el proceso se transfiere calor desde el aire para
que la temperatura en el interior del cilindro se mantenga constante. Calcule el trabajo realizado durante este proceso.
SOLUCION
Datos generales:
AIRE
o
F
m = 1,2Kg
m =150KPa
T=12 C
P =600KPa
W=?
T= cte;m=cte,R=cte
Calculamos el trabajo:
2
1
2
1
2
1
V
V
V 2
V
1
mRT
W = PdV siPV = mRT P =
V
sustituyendo enP:
mRT
W = dV siendo m=cte;R=cte y T=cte
V
dV V
W = mRT W = mRT.ln ............(1)
V V
.
⇒ ⇒
⇒
 
⇒  ÷
 
⇒
∫
∫
∫
Cálculo de V1 :
1 1
1
3
1
mRT 1,2x 0,287 x 285,15
V = V =
1
V =0,65
5
m
0P
47⇒ ⇒
Cálculo de V2 :
2 2
2
3
2
mRT 1,2x 0,287 x 285,15
V = V =
6
V =0,16
0
m
0P
37⇒ ⇒
Sustituyendo en la ecuación de W (ecuación 1):
0,1637
W =1,2x 0,287 x 285,15.ln
0,6
W =
54
-1
7
36,127KJ
 
⇒ ⇒ ÷
 
(-) Se comprime el aire.
ING. DAVID ANDRÉS SANGA TITO INGENIERÍA INDUSTRIAL – IV SEMESTRE Página 3