Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 4
P, kPa
400
1
2
0.5
V, m 3
FIGURA 4-31
Esquema y diagrama P-V para el ejemplo 4-9.
EJEMPLO 4-10 Calentamiento de un gas a presión
constante
Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene al inicio aire a 150 kPa y 27 °C.
En este estado, el émbolo descansa sobre un par de topes, como se ilustra en
la figura 4-32, y el volumen encerrado es de 400 L. La masa del émbolo es
tal que se requiere una presión de 350 kPa para moverlo. Se calienta el aire
hasta duplicar su volumen. Determine a) la temperatura final, b) el trabajo
que realiza el aire y c) el calor total transferido al aire.
Solución En un dispositivo de cilindro-émbolo provisto de dos topes se
calienta aire hasta duplicar su volumen. Se determinarán la temperatura final,
el trabajo realizado y la transferencia de calor total.
Suposiciones 1 El aire es un gas ideal porque está a temperatura alta y baja
presión en relación con sus valores de punto crítico. 2 El sistema es estacionario;
por lo tanto, los cambios de energía cinética y potencial son cero, EC
EP 0 y E U. 3 El volumen permanece constante hasta que el
émbolo comienza a moverse, después la presión permanece constante durante
el proceso. 4 No hay trabajo de flecha, eléctrico o de otro tipo.
Análisis Se toma el contenido del cilindro como el sistema (Fig. 4-32), el
cual es cerrado puesto que ninguna masa cruza sus fronteras durante el proceso.
Se observa que comúnmente un dispositivo de cilindro-émbolo tiene
relación con una frontera móvil y, por lo tanto, con trabajo de frontera, W b .
Asimismo, el sistema realiza trabajo de frontera y se transfiere calor al sistema.
a) La temperatura final se determina fácilmente por medio de la relación del
gas ideal entre los estados 1 y 3 en la siguiente forma:
P 1 V 1
T 1
P 3 V 3
T 3
150 kPa V 1
300 K
350 kPa2 V 1
T 3
T 3 1 400 K