Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

139
CAPÍTULO 3
EJEMPLO 3-10 Elevación de temperatura del aire en un neumático
durante un viaje
La presión manométrica de un neumático de automóvil se mide como 210
kPa antes de un viaje, y 220 kPa después del viaje, en una ubicación donde
la presión atmosférica es de 95 kPa (Fig. 3-46). Suponiendo que el volumen
del neumático permanece constante y la temperatura del aire antes del viaje es
de 25 °C, determine la temperatura del aire en el neumático después del viaje.
Solución La presión de un neumático de automóvil se mide antes y después
de un viaje. La temperatura del aire en el neumático después del viaje se
debe determinar.
Suposiciones 1 El volumen del neumático permanece constante. 2 El aire es
un gas ideal.
Propiedades La presión atmosférica local es de 95 kPa.
Análisis Las presiones absolutas en el neumático antes y después del viaje son
P 1 P manométrica1 P atm 210 95 305 kPa
P 2 P manométrica2 P atm 220 90 315 kPa
Observe que el aire es un gas ideal y el volumen es constante, y la temperatura
del aire se determina como
P 1 V 1
T 1
P 2 V 2
T 2
¡ T 2
P 2
P 1
T 1
T = 25 °C
315 kPa
305 kPa 125 273 K2 307.8 K 34.8 °C P g = 210 kPa
Por lo tanto, la temperatura absoluta del aire en el neumático aumentará en 3.29%
Comentario Observe que la temperatura del aire se ha elevado casi 10 °C.
Esto muestra la importancia de medir las presiones de los neumáticos antes
de viajes largos, para evitar errores debidos a la elevación de la temperatura
del aire en el neumático. Asimismo, observe que se usa la unidad Kelvin para
la temperatura en la relación de gases ideales.
¿El vapor de agua es un gas ideal?
Esta pregunta no se contesta con un simple sí o no. El error en que se incurre
al considerar el vapor de agua como un gas ideal se calcula y se representa en
la figura 3-47, en la que es claro que a presiones inferiores a 10 kPa el vapor
de agua se puede considerar como un gas ideal, sin importar su temperatura,
con un error insignificante (menor de 0.1 por ciento). Sin embargo, a presiones
superiores suponer que el vapor de agua es un gas ideal produce errores
inaceptables, en particular en la vecindad del punto crítico y la línea de vapor
saturado (mayores a 100 por ciento). Por lo tanto, para sistemas de aire acondicionado
el vapor de agua en el aire se puede tratar como un gas ideal sin
ningún error porque la presión del vapor de agua es muy baja. No obstante,
las presiones que se manejan en centrales eléctricas son muy altas, así que en
tales casos no deben usarse las relaciones de gas ideal.
FIGURA 3-46
Esquema para el ejemplo 3-10.
3-7 ■ FACTOR DE COMPRESIBILIDAD,
UNA MEDIDA DE LA DESVIACIÓN
DEL COMPORTAMIENTO DE GAS IDEAL
La ecuación de gas ideal es muy simple, por lo tanto, muy conveniente de
usar. Pero como ilustra la figura 3-47, los gases se desvían de manera importante
del comportamiento de gas ideal en estados cercanos a la región de
saturación y el punto crítico. Esta desviación a temperatura y presión especi-