MECH 371 Thermodynamics

MECH 371 Termodinámica I
Otoño de 1998
Examen #1
Nombre:
Libro abierto, apuntes cerrados
Instrucciones: Para cada pregunta, sólo una de las respuestas que se dan es correcta, redondeada a algún numero de cifras
significativas (2 o 3, en general). En el improbable caso en que todas las respuestas fueran erróneas (por algún error en
mi solución), ignore las respuestas y simplemente escriba la suya a continuación de la preguna. Utilice la aceleración de
la gravedad como g = 9.8 m/s2, la densidad y calor específico del agua como 1000 kg/m3 y 4.18 kJ/kg.°C,
respectivamente, y los calores específicos del aire como Cv = 0.718 kJ/kg.°C y Cp = 1.0 kJ/kg.°C
15% 1. Las presiones atmosféricas arriba y abajo de un edificio son de 96.0 y 98.0 kPa, según la lectura de un barómetro. Si la
densidad del aire es de 1.2 kg/m3, la altura del edificio es de
(a) 14 m
(b) 17 m
(c) 142 m
(d) 170 m
(e) 210 m
15% 2. Un cuarto está lleno de vapor saturado a 100°C. Luego, se introduce un tazón de 5 kg a 25°C. Se transfiere calor al
tazón debido al vapor, y su temperatura aumenta a 100°C al mismo tiempo que algo de vapor se condensa en él debido a la
pérdida de calor (aunque continúa a 100°C). El calor específico del tazón se puede tomar como 1.8 kJ/kg.°C. La masa de vapor
que se condensa durante este proceso es de
(a) 80 g
(b) 128 g
(c) 299 g
(d) 351 g
(e) 405 g
15% 3. En una tetera equipada en su interior con un elemento calentador de 1200 W, se calentará agua que inicialmente está a
15°C hasta que alcance 95°C. El calor específico del agua puede tomarse como 4.18 kJ/kg.°C, y la pérdida de calor del agua
durante el calentamiento puede ignorarse. El tiempo que toma al agua alcanzar la temperatura deseada es de
(a) 4.6 min
(b) 5.6 min
(c) 6.7 min
(d) 9.0 min
(e) 11.4 min
15% 4. Un tanque rígido de 500 m3 está lleno de una mezcla saturada de líquido-vapor de agua a 200 kPa. Si el 20% de la
masa es líquido, y el 80% de ella es vapor, la masa total en el tanque es
(a) 705 kg
(b) 500 kg
(c) 258 kg
(d) 635 kg
(e) 2809 kg
10% 5. Considere una lata sellada llena de refrigerante 134a. El contenido de la lata está a la temperatura ambiente de 25°C.
Entonces ocurre un agrietamiento, y la presión de la lata disminuye hasta alcanzar la presión atmosférica local, que es de 100
kPa. Es de esperar que la temperatura (redondeada al entero más cercano) del refrigerante dentro de la lata baje a
(a) 0°C
(b) –26°C
(c) –18°C
(d) 3°C
(e) 25°C
15% 6. El techo de una casa calentada por medio de electricidad tiene 6 m de largo, 8 m de ancho, y 0.25 m de espesor. Está
hecho de una placa plana de concreto cuya conductividad térmica es de 0.8 W/m.°C. Durante una noche de invierno, la
temperatura de las superficies interna y externa del techo se miden y resultan ser de 15 y 4°C, respectivamente. Esa noche, la
tasa promedio de pérdida de calor a través del techo fue de
(a) 35 W
(b) 422 W
(c) 3379 W
(d) 2246 W
(e) 1690 W
15% 7. Un tanque ríguido de 2 m3 contiene gas nitrógeno a 500 kPa y 300 K. Entonces, se comprime isotérmicamente el gas
hasta que alcanza un volumen de 0.1 m3. El trabajo realizado sobre el gas durante el proceso de compresión es de
(a) 950 kJ
(b) 0 kJ
(c) 1610 kJ
(d) 2996 kJ
(e) 562 kJ
Puntos adicionales (25 points)
10% 8. Una manzana pierde 0.9 kJ de calor por cada °C que disminuye su temperatura. La cantidad de pérdida de calor de la
manzana por cada °F que baja su temperatura es de
(a) 0.25 kJ
(b) 0.50 kJ
(c) 1.00 kJ
(d) 1.62 kJ
(e) 0.81 kJ
15% 9. Un contenedor está equipado con un calentador eléctrico y un mezclador, e inicialmente se encuentra lleno con 3 kg
de vapor de agua saturado a 100°C. Entonces, se encienden el calentador y el mezclador; el vapor se comprime, y hay pérdida
de calor hacia el aire del ambiente. Al final del proceso, se miden la temperatura y presión del vapor dentro del contenedor y
resultan ser de 300°C y 0.5 MPa. La transferencia neta de energía al vapor durante este proceso es de
(a) 200 kJ
(b) 359 kJ
DESPUES DE CALIFICAR:
(c) 561 kJ
(d) 889 kJ
(e) 1568 kJ
Clave de respuestas: 1d, 2c, 3b, 4a, 5b, 6e, 7d, 8b, 9d
Escala de calificación: 15-125 (Observe que hay 25 puntos adicionales).
Promedio: 82
1/3 del grupo terminó el examen antes (Fue un examen de 50 minutos).
Se dieron tres versiones de examen para impedir que los alumnos se copiaran (las mismas preguntas, pero cambió el orden de
las preguntas y respuestas).
El examen cubrió los temas de los capítulos 1-4 del libro de Cengel/Boles.
Porcentajes de respuestas correctas:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
91%
52
83
70
70
65
52
61
48