Termodinamica

1. Un kg de aire, inicialmente a 5 bar, 350 K y 3 kg de dióxido de carbono (CO2), inicialmente a 2 bar, 450 K, están situados en los lados opuestos de un depósito rígido, bien aislado. La pared deseparación puede moverse libremente y permite el paso de calor sin que se almacene energía en la pared separadora. Tanto el aire como el CO2 se comportan como gases ideales. Determine la temperaturafinal de equilibrio, en K, la presión final, en bar, y el calor intercambiado entre los gases, en kJ, considerando que el trabajo realizado por el aire es de 100 kJ.

[pic]Aire, Estado final: [pic] (1)

CO2, Estado final: [pic] (2)



Moles: [pic] [pic]



Volumen total: [pic]

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Como el sistema es aislado, [pic]aplicando la ley de Joule, se tiene:

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[pic] [pic] [pic][pic]

Dividiendo (2) por (1), se tiene:

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La presión final del aire: [pic]

[pic]Aplicando la 1ª Ley al aire, se tiene:

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7. En un sistema vertical cilindro – émbolo se encuentra una masa del aire atrapada por debajo del émbolo. El émbolo seencuentra inicialmente a 10 cm de altura respecto al fondo del cilindro. Mediante un muelle externo deformado encima del émbolo y una presión ambiente de 10 bar, se mantiene el émbolo en una posiciónde equilibrio inicial, de modo que la presión inicial del aire en el interior del cilindro es 3 bar. El área del émbolo es 0,1 m2, y la temperatura inicial del aire es 300 K. Se transfiere unacantidad de calor al aire tal que el muelle se acorta en 10 cm y la presión alcanza el valor de 5 bar. Se sabe que el trabajo realizado sobre el muelle es 1,2 kJ y el émbolo es de 10 kg de masa y sedesplaza sin fricción. Calcule a) la variación de la energía interna del aire, kJ, b) la magnitud y el sentido del calor transferido, kJ, y c) el trabajo realizado por el aire, kJ.

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