Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
donde e u V 2 /2 gz es la energía total por unidad de masa para el volumen
de control y las corrientes de flujo. Entonces,
o bien,
Q # neta,entrada W # flecha,salida neta d dt
VC
Q # neta,entrada W # flecha,salida neta d dt
VC
er dV a
salida
m # a P r u V 2
2 gz b
a
entrada
m # a P r u V 2
2 gz b
er dV a
salida
m # a h V 2
2 gz b
a m # a h V 2
entrada 2 gz b
(5-58)
(5-59)
donde se usó la definición de entalpía h u Pv u P/r. Las dos últimas
ecuaciones son expresiones bastante generales de la conservación de la
energía, pero su uso aún está limitado al flujo uniforme en entradas y salidas,
así como al trabajo insignificante ocasionado por fuerzas viscosas y otros
efectos. También, el subíndice “neta,entrada” significa “transferencia neta”,
por lo tanto cualquier transferencia de calor o trabajo es positiva si es hacia el
sistema y negativa si es desde el sistema.
RESUMEN
El principio de conservación de la masa establece que la
transferencia neta de masa hacia o desde un sistema durante
un proceso es igual al cambio neto (incremento o disminución)
en la masa total del sistema durante ese proceso, y se
expresa como
m entrada m salida ¢m sistema y m # entrada m # salida dm sistema >dt
donde m sistema m final m inicial es el cambio en la masa del
sistema durante el proceso, m . entrada y m . salida son las tasas totales
de flujo másico que entran y salen del sistema, y dm sistema /dt es
la tasa de cambio de la masa dentro de las fronteras del sistema.
Las relaciones anteriores se conocen también como balance
de masa y son aplicables a cualquier sistema que experimenta
alguna clase de proceso.
La cantidad de masa que fluye por una sección transversal
por unidad de tiempo se llama flujo másico, y se expresa como
m VA
donde r es la densidad del fluido, V es la velocidad promedio
del fluido normal a A, y A es la sección transversal normal a
la dirección del flujo. El volumen del fluido en movimiento
a través de una sección transversal por unidad de tiempo se
denomina flujo volumétrico y se expresa como
V VA m
El trabajo requerido para empujar una unidad de masa de
fluido hacia dentro o hacia fuera de un volumen de control se
llama trabajo de flujo o energía de flujo, y se expresa como
w flujo Pv. En el análisis de volúmenes de control es conveniente
combinar en la entalpía con las energías de flujo e
interna. Entonces la energía total de un fluido en movimiento
se expresa como
u h ec ep h V 2
2 gz
La energía total que transporta un fluido en movimiento de
masa m con propiedades uniformes es mu. La tasa de transportación
de energía mediante un fluido con un flujo másico
de m . es m . u. Cuando son insignificantes las energías cinética
y potencial de una corriente de fluido, la cantidad y la tasa de
transportación de energía se convierten en E masa mh y E . masa
m . h, respectivamente.
La primera ley de la termodinámica es en esencia una
expresión del principio de conservación de la energía, conocida
también como balance de energía. Los balances generales
de masa y energía para cualquier sistema que experimenta
cualquier proceso se pueden expresar como
E entrada E salida ¢E sistema
Transferencia neta de energía
por calor, trabajo y masa
⎫
⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪
⎪
⎬
⎪⎪⎭
Cambios en las energías interna,
cinética, potencial, etcétera
También es posible expresarlo en forma de tasa como
E
# entrada E
# salida dE sistema >dt
⎪
⎬⎪⎪⎪⎭
⎪
⎪
⎫
⎪⎪⎬⎪⎪⎭
⎫
T asa de transferencia neta de energía
por calor , t rabajo y masa
Tasa de cambio en las energías interna,
cin ética, potencial, etc éter a
Los procesos termodinámicos relacionados con volúmenes
de control se pueden considerar en dos grupos: procesos de
flujo estacionario y de flujo no estacionario. Durante un proceso
de flujo estacionario, el fluido pasa por el volumen de