Tecnologia Industrial II Institut Bellvitge Departament de Tecnologia

Termodinámica. Principis bàsics

12. En una indústria cal vaporitzar un volum V = 100 L diaris d’aigua que es troba a una pressió paigua = 1 atmosfera. Si l’aigua es troba inicialment a Taigua = 10 ºC, quin volum Vgas (m3) de gas natural necessitarà diàriament si el subministren a Tgas = 1 ºC i a pgas = 10 atmosferes? 13. Es comprimeix un volum Vaire = 25 L d’aire dins d’un recipient de Vrecipient = 5 dm3, a una temperatura constant de T = 14 ºC. Si la pressió inicial era de p1 = 1 atmosfera, quina és la pressió final p2? 14. Una bombona de gas butà està a una temperatura T1 = 10 ºC i una pressió p1 = 15 atmosferes. Si la temperatura del gas passa accidentalment a T2 = 200 ºC, quina serà la pressió p2 a la qual es trobarà aleshores el gas butà? (Considera el gas butà com un gas ideal) 15. Si considerem el gas butà com un gas ideal, quin volum V ocupa una massa m = 3 kg de gas que es troba a T = 20 ºC i p = 10 bar? 16. Un gas s’expansiona isobàricament a p = 6 bar des d’un volum inicial V1 = 1 dm3 fins a V2 = 4 dm3. Determina el treball W produït en l’expansió i dibuixa el diagrama pV corresponent. 17. Dins d’un cilindre de 100 mm de ∅ hi ha un èmbol a x1 = 50 mm del fons. El cilindre és ple d’aire a p1 = 2 bar i T1 = 20 ºC. S’escalfa l’aire sense deixar moure l’èmbol fins que la pressió augmenta fins a p2 = 4 bar, i després es desbloqueja l’èmbol fins a situar-se a x2 = 150 mm del fons, sense que variï la temperatura. Quin és el treball W total realitzat? Dibuixa el diagrama pV. 18. En l’activitat anterior, si l’energia interna de l’aire era inicialment de U1 = 500 J i la final de U2 = 1 000 J, quina serà la calor comunicada al sistema? 19. Un mol d’un gas ideal s’expandeix adiabàticament (γ = 1,5) des d’una pressió p1 = 1 MPa i T1 = 5 ºC fins a una pressió de p2 = 300 kPa. Determina: a) Els volums V1 inicial i V2 final. b) La temperatura T2 final. c) El treball W realitzat pel gas durant l’expansió. 20. Es comprimeix un gas a pressió constant de 0,8 atm d’un volum de 9 L a un volum de 2 L. En el procés s’escapen del gas 400 J d’energia calorífica. a) Quin és el treball fet pel gas? b) Quin és el canvi d’energia interna del gas?

21. Durant el temps de compressió d’un motor de gasolina, la pressió augmenta d’1 a 20 atm. Suposant que el procés és adiabàtic i el gas és ideal amb γ = 1,4: a) En quin factor canvia el volum? b) En quin factor canvia la temperatura? 22. Es volen fondre 300 kg de plom, que es troben inicialment a 15 ºC, amb un forn de gas propà que té un rendiment del 90 %. Determina la quantitat de gas a 15 ºC i 10 atm necessari per dur a terme la fusió. ANNEX. Algunes dades Unitats d’energia

1 cal = 4,18 J / 1 J = 0,24 cal

Escales de temperatura. Equivalències: TK = Tc + 273 TF = 9/5·Tc + 32

Unitats de pressió. Equivalències 1 Pa = 1 N/m2

1 bar = 105 Pa = 750 mmHg 1 at = 101.300 Pa = 1,01325 bar = 760 mmHg

Poder calorífic de diversos combustibles: Carbó: 36.780 kJ/kg Gasolina: 9.500 kcal/L Gasoil: 8.800 kcal/kg Gas natural (en CN): 45 980 kJ/m3 = 11.000 kcal/m3 Gas propà (en CN): 97.394 kJ/m3) Massa molecular: Massa molecular de l’oxígen: 32 g Massa molecular del gas butà: 58 g

substància PF [K] Lf [kJ/kg] PE [K] Lv [kJ/kg] Ce [kJ/(kg·ºC)] Dades a 1 at Punt normal de

fusió Calor latent de fusió Punt normal

d’ebullició Calor latent vaporització

Calor específica

aigua 273,15 333,5 373,15 2.257 4,18 Alcohol etílic 159 109 351 879 2,4 coure 1.356 205 2.839 4.726 0,386 Diòxid de carboni - - 194,6 573 mercuri 234 11,3 630 296 0,140 nitrogen 63 25,7 77,35 199 oxigen 54,4 13,8 90,2 213 plata 1.234 105 2.436 2.323 0,233 plom 600 24,7 2.023 858 0,128