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Problema 2.
Un sistema que consta de 3 kg de aire inicialmente a 172.2 kPa
y
3 m
3
aumenta su
temperatura en
200
K
debido a una compresión isoentrópica.
Determinar las variaciones en entropía: a) del
sistema~
b) los alrededores, e) del universo.
Considere ahora que, estando el sistema en el estado final que alcanzó en el cambio
anterior; experimenta una expansión libre adiabática.
Si en este segundo proceso la variación en la entropía del universo es igual a 0.34
kJ/K;
detenninar: d)
el
volumen final, e) la presión fmal .
y
f)
la variación en la entropía del
sistema.
Finalmente, determinar para los dos procesos en conjunto las variaciones totales en
entropía: g) del sistema, h) los alrededores,
i)
el universo.
Dalos: m
=
3 kg,
R
=
0.287 kJ/kgK,
Cv
=
0.717 kJ/kgK
Solución:
Primer proceso 1:
Paso
J.
Se conoce la presión
y
el volumen en el estado inicial, por lo que de la ecuación de estado
de gas ideal
PV
=
mRT
determinamos
a)
T
=
?,v,
=
(1722
';;")(3
m' )
, mR
(3
kgl(0.287
k~~ )
kJ
600 kT =600 K
K
El
sistema se encuentra inicialmente en
el estado caracterizado por:
(P"
V¡ .
7;) =( 172.2 kPa, 3 m
3
,
600
K)
Ymediante una compresión isoentrópica aumenta
su temperatura en 200
K;
esto significa que
ti)
11T,~¡
=
T¡ -T,
=
200
K ,
de donde:
De la ecuación de la variación en la entropía del sistema para este proceso calculamos el
volumen final:
295
