Proceso irreversible de 4 pasos

De Laplace

Revisión de 17:40 5 sep 2014

Enunciado

Una cierta cantidad de aire seco (considerado como gas ideal diatómico) se encuentra contenido en un cilindro de sección cuadrada de 10\,cm de lado, cerrado por un pistón móvil situado inicialmente a 16\,cm del fondo. El aire interior se encuentra inicialmente (estado A) a 300\,K de temperatura (que es la del ambiente en todo momento) y a la presión atmosférica de 0.1\,MPa.

Se le aplica a este gas el siguiente proceso cíclico

A→B Se aumenta bruscamente la presión aplicada a 0.8\,MPa, de forma que se produce una compresión muy rápida, que puede aproximarse por un proceso adiabático irreversible.

B→C Manteniendo la presión exterior de 0.8\,MPa se espera hasta que vuelva a alcanzar el equilibrio térmico con el ambiente.

C→D Se retira bruscamente la presión exterior, dejándola en su valor inicial de 0.1\,MPa. Se produce una expansión brusca que puede aproximarse por un proceso adiabático irreversible.

D→A Manteniendo la presión exterior de 0.1\,MPa se espera hasta que vuelva a alcanzar el equilibrio térmico con el ambiente.

Para este ciclo

1. Calcule los valores de la presión, volumen y temperatura al final de cada paso. Indique los estados, así como los procesos oportunos en un diagrama pV
2. Halle el trabajo y el calor que entran en el sistema en cada paso, así como las variaciones de energía interna y entalpía en cada uno.
3. Calcule, para un ciclo completo, el trabajo que entra y el que sale del sistema, así como el calor que entra y el que sale.
4. ¿Es este sistema un refrigerador? ¿Una máquina térmica? ¿Una estufa?