Termodinámica ii

Problema 3.1 Un cilindro rígido con una capacidad de 2 m3 contiene un pistón flotante de volumen despreciable, que puede desplazarse libremente y sin rozamiento. Inicialmente, el pistón divide alcilindro por la mitad. La cámara A, completamente aislada, contiene aire @ 100°C y 1 atm. (=1.01325 bar). La cámara B contiene vapor de agua saturado (en su punto de rocío), y una de sus paredes esdiatérmica con un medio @ 100°C. En la cámara A se agrega calor lentamente por disipación de energía en una resistencia eléctrica, de modo que la aceleración del sistema es despreciable. El sistemaevoluciona hasta que la cámara B contiene agua saturada líquida (en su punto de burbuja). 1. establezca claramente qué sucede durante la evolución del proceso. 2. desarrolle claramente el análisis deconsideraciones físicas y los balances de energía que permiten resolver el problema. 3. determine el calor requerido en la cámara A 4. determine las condiciones finales de la cámara A (temperatura y presión)5. determine la posición final del pistón 6. ¿es posible realizar el proceso en el evento que el pistón sea diatérmico?

A

B Vapor de Agua

QA

GI

En este sistema de pistón, al entrarcalor por la resistencia el aire representado por un gas ideal diatómico se expandirá linealmente aumentando su volumen y empujando el pistón haciendo que la cámara donde se encuentra el agua se haga máspequeña disminuyendo su volumen y así obligándola a pasar de estado de vapor saturado al de líquido saturado. La consideración más sencilla y estándar para este tipo de sistema es la fuerza aplicaciónde las fuerzas en el pistón, como el pistón no tiene roce ni aceleración y la sección transversal del cilindro es constante, se tiene que:

∑F = F
PA = PB

A

− FB =

1 ma gc

PA AA − PBAB =

1 dv m g c dt

2

Para todo momento, además notemos que la condensación se lleva a cabo a presión constante lo cual se puede ver fácilmente en la región plana de un grafico PV. Lo cual...