Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ANÁLISIS DE ENERGÍA DE SISTEMAS CERRADOS
Vacío
P = 0
W = 0
c) Bajo las suposiciones y observaciones expresadas, el balance de energía en
el sistema se puede expresar como
E entrada E salida E sistema
H2 O
Calor
Transferencia neta de energía Cambio en las energías interna,
por calor, trabajo y masa
cinética, potencial, etcétera
Q entrada ¢U m 1u 2 u 1 2
FIGURA 4-16
La expansión contra un vacío no
implica trabajo, por lo tanto ninguna
transferencia de energía.
Observe que aunque el agua se expande durante este proceso, el sistema elegido
sólo involucra fronteras fijas (línea discontinua) y en consecuencia el trabajo
de frontera móvil es cero (Fig. 4-16). Entonces, W 0 porque el sistema
no tiene que ver con otras formas de trabajo. (¿Es posible alcanzar las mismas
conclusiones si se elige al agua como el sistema?) Inicialmente,
u 1 u f a 25 °C 104.83 kJkg
1 kg
Hierro
20 30 °C
←
1 kg
Agua
20 30 °C
←
La calidad en el estado final se determina a partir de la información del volumen
específico:
Entonces
x 2
v 2 v f
v fg
0.002 0.001
43.34 0.001
u 2 u f x 2 u fg
2.3 10 5
4.5 kJ 41.8 kJ
FIGURA 4-17
Se requieren diferentes cantidades de
energía para elevar en la misma cantidad
la temperatura de distintas sustancias.
Al sustituir, se obtiene
104.83 kJ>kg 12.3 10 5 212 304.3 kJ>kg2
104.88 kJ>kg
Q entrada 15 kg 231104.88 104.83 2 kJkg 4 0.25 kJ
Comentario El signo positivo indica que la dirección supuesta es correcta y
que se transfiere calor al agua.
m = 1 kg
ΔT = 1 °C
Calor específico = 5 kJ/kg · °C
5 kJ
FIGURA 4-18
El calor específico es la energía
requerida para elevar la temperatura en
un grado de una unidad de masa de una
sustancia en una manera especificada.
4-3 CALORES ESPECÍFICOS
Se sabe por experiencia que se requieren distintas cantidades de energía para
elevar en un grado la temperatura de masas idénticas pertenecientes a sustancias
diferentes. Por ejemplo, se necesitan 4.5 kJ de energía para elevar la temperatura
de 1 kg de hierro de 20 a 30 °C, mientras que se requiere nueve veces
esta energía (41.8 kJ, para ser exactos) con la finalidad de elevar la temperatura
de 1 kg de agua líquida en la misma cantidad (Fig. 4-17). Por lo tanto, es
deseable tener una propiedad que permita comparar la capacidad de almacenaje
de energía de varias sustancias. Esta propiedad es el calor específico.
El calor específico se define como la energía requerida para elevar en un
grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia (Fig. 4-18). En
general, esta energía depende de cómo se ejecute el proceso. En termodinámica,
el interés se centra en dos clases de calores específicos: calor específico
a volumen constante c v y calor específico a presión constante c p .
Desde un punto de vista físico, el calor específico a volumen constante
c v se puede considerar como la energía requerida para elevar en un grado
la temperatura de una unidad de masa de una sustancia cuando el volumen
se mantiene constante. La energía requerida para hacer lo mismo cuando se