Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ANÁLISIS DE ENERGÍA DE SISTEMAS CERRADOS
posible justificarlo porque la energía se conserva. En un motor de automóvil,
por ejemplo, el trabajo de frontera realizado mediante la expansión de gases
calientes, se usa para vencer la fricción entre el émbolo y el cilindro, remover
el aire atmosférico del camino de émbolo y hacer girar el cigüeñal. Por lo
tanto,
2
W b W fricción W atm W cigüeñal (F fricción P atm A F cigüeñal ) dx (4-5)
1
Por supuesto, el trabajo usado para vencer la fricción aparece como calor de
fricción y la energía transmitida por el cigüeñal pasa a otros componentes
(como los neumáticos) para efectuar ciertas funciones. Sin embargo, observe
que la energía transferida por el sistema como trabajo debe ser igual a la energía
que reciben tanto el cigüeñal como la atmósfera y la energía usada para
vencer la fricción. El uso de la relación de trabajo de frontera no se limita a
los procesos de cuasiequilibrio de gases, también se puede usar para sólidos y
líquidos.
EJEMPLO 4-1 Trabajo de frontera para un proceso
a volumen constante
Un recipiente rígido contiene aire a 500 kPa y 150 °C. Como resultado de la
transferencia de calor hacia los alrededores, la temperatura y la presión dentro
del recipiente descienden a 65 °C y 400 kPa, respectivamente. Determine el
trabajo de frontera hecho durante este proceso.
Solución En un recipiente rígido se enfría aire y se disminuye la presión y la
temperatura. Se determinará el trabajo de frontera realizado.
Análisis En la figura 4-6 se muestran un bosquejo del sistema y el diagrama
P-V del proceso. El trabajo de frontera se determina de la ecuación 4-2 como
W b
2
1
P dV 0
0
Comentario Esto es de esperarse porque un recipiente rígido tiene un volumen
constante y dV 0 en esta ecuación. Por lo tanto, en este proceso no se
realiza trabajo de frontera: es decir, el trabajo de frontera realizado durante un
proceso a volumen constante es siempre cero. Esto también es evidente en el
diagrama P-V del proceso (el área bajo la curva de proceso es cero).
P, kPa
500
1
Aire
P 1 = 500 kPa
T 1 = 150 °C
Calor
FIGURA 4-6
Esquema y diagrama P-V para el
ejemplo 4-1.
P 2 = 400 kPa
T 2 = 65 °C
400
2
V