Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS
P
Sistema
2
(2)
Estado final
Trayectoria
de proceso
Estado
inicial
1
V 2 V 1 V
(1)
FIGURA 1-32
Diagrama P-V de un proceso de
compresión.
Entrada
de masa
Entrada
de masa
300 °C 250 °C
Volumen de control
225 °C
200 °C 150 °C
Tiempo: 1 p.m.
300 °C 250 °C
Volumen de control
225 °C
200 °C 150 °C
Salida
de masa
Salida
de masa
FIGURA 1-33
Durante un proceso de flujo estacionario,
las propiedades del fluido dentro del
volumen de control podrían cambiar con
la posición pero no con el tiempo.
se interesan en este tipo de procesos por dos razones: primera, son fáciles
de analizar, y segunda, los dispositivos que producen trabajo tienen un mejor
rendimiento cuando operan con procesos de cuasiequilibrio. Por lo tanto, sirven
como estándares con los que se puede comparar a los reales.
Los diagramas de proceso trazados mediante el empleo de propiedades
termodinámicas en forma de coordenadas son muy útiles para tener una
representación visual del proceso. Algunas propiedades comunes usadas
como coordenadas son temperatura T, presión P y volumen V (o volumen
específico v). En la figura 1-32 se muestra el diagrama P-V de un proceso
de compresión de un gas.
Observe que la trayectoria del proceso indica una serie de estados de equilibrio
por los que pasa el sistema durante un proceso, y que únicamente tiene
importancia para procesos de cuasiequilibrio; para otros procesos no es posible
caracterizar el sistema completo mediante un solo estado, por lo que carece de
sentido hablar de una trayectoria del proceso para un sistema como un todo.
Un proceso sin cuasiequilibrio se denota con una línea discontinua entre los
estados inicial y final en lugar de una línea continua.
El prefijo iso- se usa con frecuencia para designar un proceso en el que una
propiedad particular permanece constante. Por ejemplo, un proceso isotérmico
es aquel durante el cual la temperatura T permanece constante; un proceso
isobárico es en el que la presión P se mantiene constante, y un proceso
isocórico (o isométrico) es aquel donde el volumen específico v permanece
constante.
Se dice que un sistema ha experimentado un ciclo si regresa a su estado
inicial al final del proceso, es decir, para un ciclo los estados inicial y final
son idénticos.
Proceso de flujo estacionario
Los términos estable y uniforme se usan con frecuencia en ingeniería, y es
importante comprender claramente sus significados. Estacionario significa
que no hay cambio con el tiempo y su contrario es no estacionario o transitorio.
Sin embargo, uniforme significa ningún cambio con la ubicación en
una región específica. Estos significados son congruentes con su uso cotidiano
(propiedades uniformes, etcétera).
En ingeniería, un gran número de dispositivos operan por largos periodos
bajo las mismas condiciones y se clasifican como dispositivos de flujo
estacionario. Los procesos en los que se utilizan tales dispositivos se pueden
representar razonablemente bien mediante un proceso un poco idealizado,
llamado proceso de flujo estacionario, que es posible definir como un proceso
durante el cual un fluido fluye de forma estacionaria por un volumen
de control (Fig. 1-33). Es decir, las propiedades del fluido pueden cambiar
de un punto a otro dentro del volumen de control, pero en algún punto fijo
permanecen sin cambio durante todo el proceso. Por lo tanto, el volumen V, la
masa m y el contenido total de energía E del volumen de control permanecen
constantes durante un proceso de flujo estacionario (Fig. 1-34).
Es posible aproximarse a las condiciones de flujo estacionario mediante
dispositivos diseñados para operar constantemente, como turbinas, bombas,
calderas, condensadores, intercambiadores de calor, plantas de energía
o sistemas de refrigeración. Algunos dispositivos cíclicos, como máquinas
o compresores alternativos, no satisfacen ninguna de las condiciones antes
mencionadas puesto que el flujo en las entradas y salidas será pulsante y no
estacionario. Sin embargo, las propiedades del fluido varían con el tiempo de