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Problemas de Ingeniería Térmica I. Energía1 En un cilindro vertical de 10 cm de diámetro y 0,5 m de altura, abierto por abajo, un émbolo de 10 kg cuya.

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Presentación del tema: "Problemas de Ingeniería Térmica I. Energía1 En un cilindro vertical de 10 cm de diámetro y 0,5 m de altura, abierto por abajo, un émbolo de 10 kg cuya."— Transcripción de la presentación:

1 Problemas de Ingeniería Térmica I. Energía1 En un cilindro vertical de 10 cm de diámetro y 0,5 m de altura, abierto por abajo, un émbolo de 10 kg cuya cara superior está a 20 cm del fondo del cilindro, encierra una cierta cantidad de dióxido de carbono. Se pide: a)Hacer un esquema y determinar la presión y cantidad de gas atrapado. b)Trabajo mínimo necesario para obligar a que la cara interior del émbolo quede a 40 cm del fondo. ¿El gas atrapado recibe o cede calor en este proceso? c)Masa de la pesa que habría que colgar del émbolo para que en el equilibrio final quedase como se ha dicho en el punto anterior. d)Hacer un esquema de la evolución del émbolo si al colocar la pesa se suelta bruscamente y determinar alrededor de qué posición oscilaría. e)Punto más bajo que alcanzaría el émbolo en el caso anterior

2 Problemas de Ingeniería Térmica I. Energía2 a) Hacer un esquema y determinar la presión y cantidad de gas atrapado Datos Entrando en las tablas para el CO2 Cálculo de la cantidad de sustancia: Cálculo de datos iniciales:

3 Problemas de Ingeniería Térmica I. Energía3 b)Trabajo mínimo necesario para obligar a que la cara interior del émbolo quede a 40 cm del fondo. ¿El gas atrapado recibe o cede calor en este proceso? Como el proceso es isotermo: Para minimizar el trabajo conviene hacer el proceso lentamente (isotérmicamente), para minimizar la fricción y el calentamiento Balance de energía: Trabajo realizado por el gas: El gas realiza un trabajo de 97,6 J y recibe un calor de 97,6 J Trabajo realizado por el émbolo y contra la atmósfera: Hay que hacer 43 J de trabajo, resultado de recibir 19,6 J por descenso del émbolo, de hacer 160 J contra la atmósfera y de recibir 97,6 J del gas encerrado

4 Problemas de Ingeniería Térmica I. Energía4 c)Masa de la pesa que habría que colgar del émbolo para que en el equilibrio final quedase como se ha dicho en el punto anterior.

5 Problemas de Ingeniería Térmica I. Energía5 d)Hacer un esquema de la evolución del émbolo si al colocar la pesa se suelta bruscamente y determinar alrededor de qué posición oscilaría. El émbolo oscilaría alrededor de la posición 4

6 Problemas de Ingeniería Térmica I. Energía6 e)Punto más bajo que alcanzaría el émbolo en el caso anterior Para obtener el punto más bajo asumimos que el proceso es adiabático y que la fuerza de fricción entre pistón y cilindro es pequeña Como en los estados 1 y 3 la velocidad es nula y la fricción es despreciable, se cumple: Resolviendo por el método de Newton: Como se observa, en este caso el émbolo se saldría del cilindro (z 3 > L) Por ser un proceso adiabático: Integrando ambos términos:


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