Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 7
EJEMPLO 7-19 Entropía generada cuando un bloque caliente
se deja caer en un lago
Un bloque de hierro fundido de 50 kg a 500 K es lanzado hacia un lago
grande que se encuentra a una temperatura de 285 K. El bloque de hierro
eventualmente alcanza el equilibrio térmico con el agua del lago. Si se supone
un calor específico promedio de 0.45 kJ/kg · K para el hierro, determine a) el
cambio de entropía del bloque de hierro, b) el cambio de entropía del agua
del lago y c) la entropía generada durante este proceso.
Solución Un bloque de hierro caliente se tira en un lago y se enfría a la
temperatura de éste. Se determinarán los cambios de entropía tanto del hierro
como del lago, así como la entropía generada durante este proceso.
Suposiciones 1 El agua y el bloque de hierro son sustancias incompresibles.
2 Pueden usarse calores específicos constantes para el agua y el hierro. 3 El
cambio de las energías cinética y potencial del hierro son insignificantes, EC
EP 0 y por lo tanto E U.
Propiedades El calor específico del hierro es 0.45 kJ/kg · K (tabla A-3).
Análisis Se toma el bloque de hierro lanzado como el sistema (Fig. 7-67), el
cual es un sistema cerrado porque ninguna masa cruza sus fronteras durante
el proceso.
Para determinar los cambios de entropía tanto del bloque de hierro como
del lago, primero se necesita saber la temperatura final de equilibrio. Dado
que la capacidad de energía térmica del lago es muy grande en comparación
con la del bloque de hierro, aquél absorberá todo el calor transferido por el
bloque sin experimentar algún cambio en su temperatura. Por consiguiente,
el bloque de hierro se enfriará a 285 K durante este proceso mientras la temperatura
del lago permanece constante a 285 K.
a) El cambio de entropía del bloque de hierro puede determinarse a partir de
Lago
285 K
FIGURA 7-67
Esquema para el ejemplo 7-19.
Hierro
fundido
m = 50 kg
T 1 = 500 K
¢ S hierro m 1s 2 s 1 2 mc prom ln T 2
T 1
150 kg210.45 kJ>kg # K2 ln
285 K
500 K
12.65 kJ/K
b) La temperatura del agua del lago permanece constante a 285 K durante
el proceso. También, la cantidad de transferencia de calor del bloque de hierro
hacia el lago es determinada por un balance de energía en el bloque de
hierro como
E entrada E salida ¢E sistema
Transferencia neta de energía
mediante calor, trabajo y masa
Cambio de energías interna,
cinética, potencial, etcétera
Q salida ¢ U mc prom 1T 2 T 1 2
o
Q salida mc prom 1T 1 T 2 2 150 kg 2 10.45 kJ >kg # K 21500 285 2 K 4 838 kJ
Entonces el cambio de entropía del lago será
¢ S lago Q lago 4 838 kJ
16.97 kJ/K
T lago 285 K