Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
El balance de energía para un sistema que experimenta cualquier clase de
proceso se expresa de manera compacta como
E entrada E salida ¢E sistema 1kJ2
(2-35)
Transferencia neta de energía
mediante calor, trabajo y masa
o, en la forma de tasa, como
⎫ ⎪⎪⎬⎪⎪⎭
⎫ ⎪⎬⎪⎭
Cambio de energías interna,
cinética, potencial, etcétera
E . entrada E . salida
⎪ ⎬⎪
⎪ ⎭
⎫
⎪
Tasa de transferencia neta de
energía por calor, trabajo y masa
dE sistema >dt
⎫
⎪
⎬ ⎪⎪⎭
Tasa de cambio de energías interna,
cinética, potencial, etcétera
1kW2
(2-36)
Para tasas constantes, las cantidades totales durante un intervalo de tiempo t
se relacionan con las cantidades por unidad de tiempo mediante
Q Q # ¢t, W W # ¢t y ¢E 1dE>dt2 ¢t 1kJ2 (2-37)
El balance de energía se puede expresar por unidad de masa como
P
Q neto =
W neto
FIGURA 2-48
Para un ciclo E 0, por lo tanto
Q W.
V
e entrada e salida ¢e sistema 1kJ>kg2 (2-38)
que se obtiene dividiendo todas las cantidades de la ecuación 2-35 entre la
masa m del sistema. El balance de energía se puede expresar también en forma
diferencial como
dE entrada dE salida dE sistema o de entrada de salida de sistema (2-39)
Para un sistema cerrado que experimenta un ciclo, los estados inicial y final
son idénticos, por lo que E sistema E 2 E 1 0. Entonces, el balance de
energía para un ciclo se simplifica a E entrada E salida 0 o E entrada E salida .
Puesto que en un sistema cerrado no se tiene flujo másico en sus fronteras, el
balance de energía para un ciclo se expresa en términos de interacciones de
calor y de trabajo como
W neto,salida Q neto,entrada o W # neto,salida Q # neto,entrada (para un ciclo) (2-40)
Es decir, la salida neta de trabajo durante un ciclo es igual a la entrada neta de
calor (Fig. 2-48).
EJEMPLO 2-10 Enfriamiento de un fluido caliente
en un recipiente
Q salida = 500 kJ
U 1 = 800 kJ
U 2 = ?
Fluido
FIGURA 2-49
Esquema para el ejemplo 2-10.
W flecha, = 100 kJ
entrada
Un recipiente rígido contiene un fluido caliente que se enfría mientras es agitado
por un ventilador. Al inicio, la energía interna del fluido es de 800 kJ,
pero durante el proceso de enfriamiento pierde 500 kJ de calor. Por su parte,
la rueda realiza 100 kJ de trabajo sobre el fluido. Determine la energía interna
final del fluido e ignore la energía almacenada en el ventilador.
Solución Un fluido en un recipiente rígido pierde calor mientras se agita. Se
determinará la energía interna final del fluido.
Suposiciones 1 El recipiente es estacionario, de modo que los cambios de
energía cinética y potencial son cero, EC EP 0. Por consiguiente,
E U y la energía interna es la única forma de energía del sistema que
puede cambiar durante este proceso. 2 La energía almacenada en el ventilador
es insignificante.
Análisis Considere el contenido del recipiente como el sistema (Fig. 2-49),
el cual es cerrado puesto que ninguna masa cruza sus fronteras durante el
proceso. Se observa que el volumen de un recipiente rígido es constante y
por lo tanto no hay trabajo a través de la frontera móvil. Asimismo, se pierde
calor del sistema y se realiza trabajo de flecha sobre el sistema. Al aplicar el
balance de energía sobre el sistema, se obtiene