Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 8
Q H dU mc v dT
El coeficiente de desempeño de una bomba de calor reversible está dado por
Así,
COP BC
dQ H 1
dW neto,ent 1 T 0 >T
Integrando, se obtiene
dW neto,ent
W neto,ent
2
1
dQ H
CO P BC
a 1 T 0
T b mc v dT
a 1 T 0
T b mc v dT
mc v ,prom 1T 2 T 1 2 T 0 mc v ,prom ln T 2
T 1
120.6 19.62 Btu 1.0 Bt u
El primer término del lado derecho de la última expresión se reconoce como
U, mientras que el segundo como la exergía destruida cuyos valores fueron
determinados anteriormente. Al sustituir esos valores, se determina que
la entrada de trabajo total a la bomba de calor es 1.0 Btu, con lo cual se
demuestra la afirmación. Observe que el sistema todavía es suministrado con
20.6 Btu de energía; todo lo que se hizo en este último caso fue reemplazar
los 19.6 Btu de trabajo valioso por una cantidad igual de “energía inútil” capturada
de los alrededores.
Comentario También vale la pena mencionar que la exergía del sistema como
resultado de los 20.6 Btu de trabajo de la hélice realizado sobre ésta sólo
aumentó por 1.0 Btu, es decir, por la cantidad de trabajo reversible. En otros
términos, si el sistema regresara a su estado inicial, produciría a lo sumo 1.0
Btu de trabajo.
EJEMPLO 8-13 Inmersión de un bloque de hierro
caliente en agua
Un bloque de 5 kg que se halla inicialmente a 350 °C es enfriado rápidamente
en un recipiente aislado que contiene 100 kg de agua a 30 °C (Fig. 8-40).
Suponiendo que el agua evaporada durante el proceso se condensa de nuevo
en el recipiente y que los alrededores están a 20 °C y 100 kPa, determine
a) la temperatura de equilibrio final, b) la exergía del sistema combinado en
los estados inicial y final y c) el potencial de trabajo desperdiciado durante
este proceso.
Agua
T i = 30 °C
100 kg
Calor
Hierro
T i = 350 °C
5 kg
T 0 = 20 °C
P 0 = 100 kPa
Solución Un bloque de hierro caliente se enfría rápidamente por medio del
agua en un recipiente aislado. Se determinará la temperatura de equilibrio
final, las exergías inicial y final, y el potencial de trabajo desperdiciado.
Suposiciones 1 Tanto el agua como el bloque de hierro son sustancias incompresibles.
2 Pueden usarse calores específicos constantes a la temperatura
ambiente para el agua y el hierro. 3 El sistema no se mueve, por lo tanto
los cambios de energía cinética y potencial son cero, EC EP 0. 4 No
están involucrados trabajos eléctrico, de flecha ni de otro tipo. 5 El sistema
está bien aislado, por lo tanto no hay transferencia de calor.
FIGURA 8-40
Esquema para el ejemplo 8-13.