Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

64
ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
Es decir, el trabajo total se obtiene siguiendo la trayectoria del proceso y
sumando las cantidades diferenciales de trabajo (dW) efectuadas a lo largo del
trayecto. La integral de dW no es W 2 W 1 (es decir, el trabajo en el estado 2
menos el del estado 1), lo cual carecería de sentido puesto que el trabajo no es
una propiedad y los sistemas no poseen trabajo en un estado.
EJEMPLO 2-3 Combustión de una vela en un espacio aislado
(Aislamiento)
Habitación
FIGURA 2-22
Esquema para el ejemplo 2-3.
Una vela se consume en una habitación aislada. Considere la habitación (el
aire más la vela) como el sistema y determine a) si hay alguna transferencia
de calor durante este proceso de combustión y b) si hay algún cambio en la
energía interna del sistema.
Solución Se considera la combustión de una vela en una habitación bien
aislada y se determinará si hay alguna transferencia de calor y algún cambio
de energía interna.
Análisis a) Las superficies internas de la habitación forman la frontera del
sistema, según se indica mediante la línea discontinua en la figura 2-22. Como se
señaló, el calor se reconoce cuando cruza los límites. Dado que la habitación
está perfectamente aislada, se tiene un sistema adiabático y ninguna cantidad
de calor cruza las fronteras. Por consiguiente, Q 0 para este proceso.
b) La energía interna conlleva otras formas de energía (energía cinética de las
moléculas, latente, química, nuclear). Durante el proceso descrito, parte de la
energía química se convierte en energía cinética de las moléculas. Como no
hay aumento o disminución de la energía interna total del sistema, U 0
para este proceso.
EJEMPLO 2-4 Calentamiento de una papa en un horno
Horno
200 °C
Calor
Papa
25 °C
FIGURA 2-23
Esquema para el ejemplo 2-4.
(Aislamiento)
Una papa a temperatura ambiente (25 ºC) se cocina en un horno que se mantiene
a 200 ºC, como se ilustra en la figura 2-23. ¿Hay alguna transferencia
de calor durante este proceso?
Solución Se hornea una papa y se determinará si hay alguna transferencia
de calor durante este proceso.
Análisis El problema está mal definido puesto que no se especifica el sistema.
Se supondrá que se analiza a la papa, por lo que ésta será el sistema.
Así, se puede considerar que la cáscara de la papa es la frontera del sistema,
a la cual atraviesa parte de la energía producida en el horno. Como la
fuerza impulsora para esta transferencia de energía es una diferencia de temperatura,
se trata de un proceso de transferencia de calor.
EJEMPLO 2-5 Calentamiento de un horno por transferencia
de trabajo
Un horno eléctrico bien aislado aumenta su temperatura por medio de un
elemento de calentamiento. Si se considera todo el horno como el sistema,
incluido el elemento de calentamiento, determine si se trata de una interacción
de calor o trabajo.
Solución Un horno eléctrico bien aislado es calentado y se determinará si
esto es una interacción de trabajo o calor.