Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 5
Balance de masa:
0
Q
m entrada m salida ¢ m sistema S m i m 2 m 1 m 2
Balance de ener gía: E entrada E salida ¢ E sistema
T asa de transferencia de ener gía
neta por calor , t rabajo y masa
⎫
⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪
⎪
⎬
⎪⎪⎭
T asa de cambio de ener gías interna,
cinética, potencial, etcéter a
m i h i m 2 u 2 (dado que W Q 0, ec ep 0, m 1 0)
De la combinación de los balances de masa y energía, se obtiene
u 2 h i
Es decir, la energía interna final del vapor de agua en el recipiente es igual
a la entalpía del vapor que entra al recipiente. La entalpía del vapor en el
estado de entrada es
P i 1 MP a
T i 300 C f h i 3 051.6 kJ/kg (Tabla A - 6)
que es igual a u 2 . Como se conocen dos propiedades en el estado final, éste se
encuentra especificado y su temperatura se determina de la misma tabla como
P 2 1 MP a
u 2 3 051.6 kJ/kg f T 2 456.1 °C
Comentario Note que la temperatura del vapor de agua en el recipiente se
incrementó en 156.1 °C, resultado que puede sorprender al principio, y del
que es posible preguntarse de dónde salió la energía para aumentar la temperatura
del vapor. La respuesta se encuentra en el término entalpía h u
Pv. Parte de la energía que representa la entalpía es la energía de flujo Pv,
la cual se convierte en energía interna sensible una vez que deja de existir el
flujo en el volumen de control; esto se muestra como un aumento de temperatura
(Fig. 5-48).
Solución alternativa También es posible resolver este problema si se considera
la región dentro del recipiente y la masa destinada a entrar al recipiente
como un sistema cerrado, como se ilustra en la figura 5-47b). Puesto que ninguna
masa cruza las fronteras, es apropiado considerar esto como un sistema
cerrado.
Durante el proceso, el vapor de agua corriente arriba (el émbolo imaginario)
empujará al vapor encerrado en la línea de suministro hacia el recipiente
a una presión constante de 1 MPa. Entonces, el trabajo de frontera hecho
durante este proceso es
2
W b ,entrada P i d V P i 1V 2 V 1 2 P i 3V recipiente 1V recipiente V i 24
1
Vapor
T i = 300 °C
T 2 = 456.1 °C
FIGURA 5-48
La temperatura del vapor de agua aumenta
de 300 a 456.1 °C cuando entra al
recipiente, como resultado de energía de
flujo que se convierte en energía interna.
P i V i
donde V i es el volumen que ocupa el vapor antes de que entre al recipiente
y P i es la presión en la frontera móvil (la cara del émbolo imaginario). El
balance de energía para el sistema cerrado da
E entrada E salida ¢ E sistema
Transferencia de energía neta
por calor, trabajo y masa
⎫
⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪
⎪
⎬
⎪⎪⎭
W b ,entrada ¢ U
Cambio de energías interna,
cinética, potencial, etcétera
m i P i v i m 2 u 2 m i u i
u 2 u i P i v i h i