Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 5
de control, m e 0 si no sale masa y m 1 0 si al inicio se evacua el volumen de
control.
El contenido de energía de un volumen de control cambia con el tiempo
durante un proceso de flujo estacionario, y la magnitud de este cambio
depende de la cantidad de transferencia de energía como calor y trabajo a
través de las fronteras del sistema, así como de la cantidad de energía que
transporta la masa dentro y fuera del volumen de control durante el proceso.
Al analizar un proceso de flujo no estacionario se debe mantener un registro
del contenido de energía del volumen de control así como de las energías de
las corrientes de flujo que entran y salen.
El balance de energía general se dio antes como
Balance de energía: E entrada E salida ¢E sistema 1kJ2 (5-44)
Transferencia de energía
neta por calor, trabajo y masa
⎫
⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪
⎬
⎪⎪⎭
Cambio de energías interna,
cinética, potencial, etcétera
El proceso general de flujo no estacionario es comúnmente difícil de analizar
porque las propiedades de la masa en las entradas y salidas pueden cambiar
durante un proceso. Sin embargo, la mayor parte de los procesos de flujo no
estacionario se pueden representar razonablemente bien mediante procesos
de flujo uniforme, en los que se utiliza la siguiente idealización: el flujo de
fluido en cualquier entrada o salida es uniforme y estacionario; por lo tanto,
las propiedades del fluido no cambian con el tiempo o con la posición en la
sección transversal de una entrada o salida. Si cambian, se promedian y se
tratan como constantes para todo el proceso.
Observe que a diferencia de los sistemas de flujo estacionario, el estado de
uno no estacionario podría cambiar con el tiempo; y que el estado de la masa
que sale del volumen de control en cualquier instante es el mismo que el de
la masa en el volumen de control en ese instante. Las propiedades iniciales y
finales del volumen de control se pueden determinar con base en los estados
inicial y final especificados por completo mediante dos propiedades intensivas
independientes para sistemas simples compresibles.
Entonces, el balance de energía para un sistema de flujo uniforme se puede
expresar de forma explícita como
Cerrada
Q
Sistema
cerrado
Q – W = ΔU
W
Cerrada
FIGURA 5-45
La ecuación de la energía de un sistema
de flujo uniforme se reduce a la de un
sistema cerrado cuando todas las entradas
y salidas están cerradas.
a Q entrada W entrada a
entrada
m u b a Q salida W salida a
salida
m u b 1m 2 e 2 m 1 e 1 2 sistema
(5-45)
donde u h ec ep es la energía de una corriente de fluido en alguna
entrada o salida por unidad de masa, y e u ec ep es la energía en el
fluido estático dentro del volumen de control por unidad de masa. Cuando los
cambios de energía cinética y potencial relacionados con el volumen de control
y las corrientes de fluido son insignificantes, como normalmente sucede,
el balance de energía anterior se simplifica a
W b
Frontera
móvil
W e
Q W a
salida
mh a
entrada
mh 1m 2 u 2 m 1 u 1 2 sistema (5-46)
donde Q Q neto,entrada Q entrada Q salida es la entrada neta de calor y W
W neto,salida W salida W entrada es la salida neta de trabajo. Note que si no entra
ni sale masa del volumen de control durante un proceso (m i m e 0 y m 1
m 2 m), esta ecuación se reduce a la relación del balance de energía para
sistemas cerrados (Fig. 5-45). Observe también que en un sistema de flujo no
estacionario puede haber trabajo de frontera así como trabajo eléctrico y de
flecha (Fig. 5-46).
W flecha
FIGURA 5-46
En un sistema de flujo uniforme podría
haber al mismo tiempo trabajos eléctrico,
de flecha y de frontera.