Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
Aunque los procesos de flujo estacionario y flujo uniforme son un poco idealizados,
muchos procesos reales se pueden aproximar razonablemente bien mediante
uno de éstos con resultados satisfactorios. El grado de satisfacción depende de la
precisión deseada y el grado de validez de las suposiciones hechas.
EJEMPLO 5-12 Carga de recipiente rígido con vapor de agua
Un recipiente rígido, aislado, que al inicio se evacua, está conectado
mediante una válvula a una línea de suministro que lleva vapor de agua a
1 MPa y 300 °C. Se abre la válvula y se permite que el vapor fluya de manera
lenta al recipiente hasta que la presión alcanza 1 MPa, punto en el que se
cierra la válvula. Determine la temperatura final del vapor en el recipiente.
Solución Se abre una válvula que conecta un recipiente inicialmente evacuado
a una línea de vapor de agua, y éste fluye hasta que la presión interna
aumenta hasta alcanzar el nivel de presión de la línea. Se determinará la temperatura
final en el recipiente.
Suposiciones 1 Este proceso se puede analizar como un proceso de flujo
uniforme porque las propiedades del vapor que entra al volumen de control
permanecen constantes durante todo el proceso. 2 Las energías cinética y
potencial de las corrientes son insignificantes, ec ep 0. 3 El recipiente
es estacionario, por consiguiente sus cambios de energía cinética y potencial
son cero; es decir, EC EP 0 y E sistema U sistema . 4 No hay interacciones
de trabajo de frontera, eléctrico o de flecha. 5 El recipiente está bien
aislado, por lo tanto no hay transferencia de calor.
Análisis Se toma al recipiente como el sistema (Fig. 5-47), el cual es un
volumen de control porque la masa cruza su frontera durante el proceso. Se
observa que éste es un proceso de flujo no estacionario ya que los cambios
ocurren dentro del volumen de control. Al inicio se evacua el volumen de control,
así que m 1 0 y m 1 u 1 0. También, se observa que para el flujo de
masa hay una entrada y ninguna salida.
En vista de que las energías microscópicas de los fluidos en movimiento y
estático se representan mediante la entalpía h y la energía interna u, respectivamente,
los balances de masa y energía para este sistema de flujo uniforme
se pueden expresar como
Émbolo
imaginario
P i = 1 MPa
T i = 300 °C
Vapor
de agua
P i = 1 MPa (constante)
m i = m 2
m 1 = 0
P 2 = 1 MPa
T 2 = ?
P 2 = 1 MPa
a) Flujo de vapor de agua hacia
un recipiente evacuado
b) Equivalencia del sistema
cerrado
FIGURA 5-47
Esquema para el ejemplo 5-12.