Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ANÁLISIS DE ENERGÍA DE SISTEMAS CERRADOS
b) La única otra forma de trabajo en este caso es el trabajo eléctrico, que se
puede determinar a partir de
1 kJ >s
W e VI ¢ t 1120 V 210.2 A 21300 s 2a b 7.2 kJ
1 000 VA
Estado 1:
P 1 300 kP a
f h
vapor sat.
1 h g a 300 kPa 2 724.9 kJ >kg 1Tabla A-5 2
La entalpía en el estado final se determina directamente de la ecuación 4-18,
al expresar como cantidades negativas la transferencia de calor desde el sistema
y el trabajo realizado sobre éste (ya que sus direcciones son opuestas a
las direcciones estándar supuestas). De otro modo, se puede usar la relación
de balance general de energía con la simplificación de que el trabajo de frontera
se considera de manera automática reemplazando U por H para un
proceso de expansión o compresión a presión constante:
T ransferencia neta de ener gía
por calor , trabajo y masa
W e ,entrada Q salida W b ¢ U
E entrada E salida ¢ E sistema
⎫
⎪⎬⎪⎭
⎫
⎪
⎪
⎬ ⎪⎪⎭
h 2 2 864.9 kJ >kg
Cambio en las ener gías interna,
cinética, potencial, etcétera
W e ,entrada Q salida ¢ H m 1h 2 h 1 2 1dado que P constante 2
7.2 kJ 3.7 kJ 10.025 kg 2 1h 2 2 724.9 2 kJ >kg
Entonces el estado final se especifica por completo porque se conoce tanto la
presión como la entalpía. La temperatura en este estado es
P 2 300 kP a
Estado 2:
h 2 2 864.9 kJ >kg f T 2 200 °C 1Tabla A-6 2
Q – W otro
Q – W otro = ΔH
Por lo tanto, el vapor estará a 200 °C al final de este proceso.
Comentario En sentido estricto, para este proceso el cambio de energía
potencial del vapor no es cero porque su centro de gravedad sube un poco.
Si se supone un cambio de elevación de 1 m (que es bastante improbable),
el cambio en la energía potencial del vapor serían 0.0002 kJ, lo cual es muy
pequeño en comparación con los otros términos en la relación de la primera
ley. Por lo tanto, en problemas de esta clase, se ignora siempre el término de
energía potencial.
FIGURA 4-14
Para un sistema cerrado que experimenta
un proceso de cuasiequilibrio con
P = constante, U W b H.
Observe que esta relación NO es válida
para procesos de sistemas cerrados
durante los cuales la presión NO
permanece constante.
EJEMPLO 4-6 Expansión irrestricta de agua
Un recipiente rígido está dividido en dos partes iguales por una separación.
Al inicio, un lado del recipiente contiene 5 kg de agua a 200 kPa y 25 °C,
mientras el otro se halla al vacío. Se retira la separación y el agua se expande
en todo el recipiente, con lo que el agua intercambia calor con sus alrededores
hasta que la temperatura en el recipiente vuelve al valor inicial de 25 °C.
Determine a) el volumen del recipiente, b) la presión final y c) la transferencia
de calor para este proceso.
Solución La mitad de un recipiente rígido se llena con agua líquida mientras
la otra mitad está al vacío. Al quitar la división el agua se expande y llena
todo el recipiente mientras la temperatura permanece constante. Se determinarán
el volumen del recipiente, la presión final y la transferencia de calor.