Dos recipientes se llenan con aire, uno es un depósito rígido A y el otro un conjunto de pistón y cilindro, B, que está conectado a A por medio de una tubería y una válvula, como se muestra en la figura. Las condiciones iniciales son:

mA = 4 lbm., TA = 1080 R , PA = 75 lbf/pulg2  y VB = 17 pies3 , TB = 80ºF, PB = 30 lbf/pulg2.

El pistón en B soporta la atmósfera exterior y la masa del pistón en el campo gravitacional estándar. Se abre la válvula y el aire alcanza una condición uniforme en ambos volúmenes. Suponga que no hay transferencia de calor y determine la masa inicial en B, el volumen del depósito A, la presión final, la temperatura y el trabajo, 1W2 (Asuma la variación de calores específicos con la temperatura).

Solución

De una tabla se lee la constante del aire:

Por la ecuación de gas ideal en el tanque A:

Por la ecuación de gas ideal en el cilindro B:

1a ley para el sistema:

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El trabajo sobre el pistón se hace a presión constante PB1 = PB2 = PB

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Igualando las ecuaciones 1 y 2:

 

De las tablas para gases ideales se obtienen valores de energía interna en función de la temperatura para el aire:

Con TA1=1080 R uA1=187.058 BTU/lbm
Con TB1=80°F=539.67 R uB1=92.103 BTU/lbm

Con este valor de h2 se busca en la tabla el correspondiente valor de T2:

El cual es el volumen de A+B en el estado final.

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