Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 1
EJEMPLO 1-8 Medición de la presión atmosférica
con un barómetro
Determine la presión atmosférica en un lugar donde la lectura barométrica es
740 mm Hg y la aceleración gravitacional es g 9.81 m/s 2 . Suponga que la
temperatura del mercurio es de 10 °C, a la cual su densidad es 13 570 kg/m 3 .
Motor
Pulmones
Solución Se tiene como dato la lectura barométrica de un lugar en altura de
columna de mercurio y se determinará la presión atmosférica.
Suposiciones La temperatura del mercurio es 10 C.
Propiedades La densidad del mercurio es de 13 570 kg/m 3 .
Análisis De la ecuación 1-26, la presión atmosférica se determina como
P at m rgh
113 570 kg >m 3 219.81 m >s 2 1 N
210.74 m 2a
1 kg # ba 1 kP a
m >s
2
1 000 N >m b 2
FIGURA 1-57
A grandes altitudes un motor de
automóvil genera menos potencia y una
persona obtiene menos oxígeno como
resultado de la menor densidad del aire.
98.5 kPa
Comentario Observe que la densidad cambia con la temperatura, por lo que
este efecto debe considerarse en los cálculos.
EJEMPLO 1-9 Efecto del peso de un émbolo sobre la presión
en un cilindro
La masa del émbolo de un dispositivo vertical de cilindro-émbolo que contiene
un gas, es de 60 kg y su área de sección transversal es de 0.04 m 2 , como
se muestra en la figura 1-58. La presión atmosférica local es de 0.97 bar y
la aceleración gravitacional es 9.81 m/s 2 . a) Determine la presión dentro del
cilindro. b) Si se transfiere el calor al gas y se duplica su volumen, ¿esperaría
un cambio en la presión interna del cilindro?
Solución Un gas está contenido en un cilindro vertical con un émbolo
pesado. Se determinarán la presión dentro del cilindro y el efecto del cambio
de volumen sobre la presión.
Suposiciones La fricción entre el émbolo y el cilindro es insignificante.
Análisis a) La presión del gas en el dispositivo de cilindro y émbolo depende
de la presión atmosférica y el peso de este último. Si se dibuja el diagrama
de cuerpo libre del émbolo como se muestra en la figura 1-58 y se realiza un
equilibrio de las fuerzas verticales, se obtiene
Si se despeja P y se sustituye,
P P atm
mg
A
PA P atm A W
P atm = 0.97 bar
m = 60 kg
A = 0.04 m 2
P = ?
P atm
P
W = mg
0.97 bar
1.12 bar
160 kg2 19.81 m>s 2 2
10.04 m 2 2
1 N
a
1 kg # ba 1 bar
m>s
2
10 5 N>m b 2
FIGURA 1-58
Esquema para el ejemplo 1-9, y diagrama
de cuerpo libre del émbolo.
b) El cambio de volumen no tendrá efecto en el diagrama de cuerpo libre
dibujado en el inciso a); por lo tanto, la presión dentro del cilindro será la
misma.
Comentario Si el comportamiento del gas es ideal, la temperatura absoluta se
duplica cuando el volumen aumenta al doble a presión constante.