Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 4
P, kPa
H 2 O
m = 25 g
P 1 = P 2 = 300 kPa
Vapor saturado
0.2 A
120 V
300
1
2
5 min
Q salida = 3.7 kJ
v
FIGURA 4-13
Esquema y diagrama P-V para el ejemplo 4-5.
Análisis Se toma el contenido del cilindro, incluidos los alambres de la resistencia,
como el sistema (Fig. 4-13), el cual es un sistema cerrado porque ninguna
masa cruza sus fronteras durante el proceso. Se observa que un dispositivo
de cilindro-émbolo normalmente se relaciona con una frontera móvil y,
por ende, con trabajo de frontera W b . La presión permanece constante durante
el proceso, de modo que P 2 P 1 . También, se pierde calor del sistema y se
realiza trabajo eléctrico W e sobre el sistema.
a) Esta parte de la solución requiere un análisis general para un sistema cerrado
que experimenta un proceso de cuasiequilibrio a presión constante, así que se
considera un sistema cerrado general. Se supone que la dirección de transferencia
de calor Q es hacia el sistema y que éste realiza trabajo W. Asimismo, el
trabajo se expresa como la suma del trabajo de frontera y de otras formas (como
el eléctrico y el de flecha). Entonces el balance de energía se puede expresar
como
Sin embargo,
Transferencia neta de energía
por calor, trabajo y masa
También, H U PV, y entonces
E entrada E salida ¢E sistema
⎫
⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪
⎪
⎬ ⎪⎪⎭
Q W otro H 2 H 1
Cambio en las energías interna,
cinética, potencial, etcétera
Q W ¢U ¢EC ¡0
¢EP ¡0
Q W otro W b U 2 U 1
Para un proceso a presión constante, el trabajo de frontera está dado como
W b P 0 (V 2 V 1 ). Sustituyendo esto en la relación anterior se tiene
Q W otro P 0 1V 2 V 1 2 U 2 U 1
P 0 P 2 P 1 S Q W otro 1U 2 P 2 V 2 2 1U 1 P 1 V 1 2
(4-18)
que es la relación buscada (Fig. 4-14). Esta ecuación es muy conveniente en
el análisis de sistemas cerrados que experimentan un proceso de cuasiequilibrio
a presión constante porque los términos de entalpía se ocupan del trabajo de
frontera de forma automática, y ya no es necesario determinarlo por separado.
1kJ2