Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 7
El calor específico del aire a temperatura ambiente interior es c p = 1.005 kJ/kg . °C
(tabla A-2a). Las propiedades del vapor en los estados de entrada y salida
son:
T 1 35 °C h 1 2 564.6 kJ>kg
f
(Tabla A-4)
x 1 1 s 1 8.3517 kJ>kg # K
T 2 32 °C h
f 2 134.10 kJ>kg
(Tabla A-4)
x 2 0 s 2 0.4641 kJ>kg # K
Mediante un balance de energía, el calor transferido del vapor es igual al calor
transferido al aire. Entonces, el flujo másico del aire se determina como
Q # m # vapor 1h 1
m # Q #
h 2 2 110 000>3 600 kg>s212 564 .6 134 .102 kJ>kg 6 751 kW
6 751 kW
aire
671.7 kg>s
c p 1T 4 T 3 2 11.005 kJ>kg # °C2130 202°C
Sustituyendo en la relación de balance de entropía, la tasa de generación de
entropía resulta
S # gen m # vapor 1s 2 s 1 2 m # aire 1s 4 s 3 2
m # vapor 1s 2 s 1 2 m # aire c p ln T 4
110 000>3 600 kg>s2 10 .4641 8.35172 kJ>kg # K
303 K
1671 .7 kg>s2 11 .005 kJ>kg # K2ln
293 K
0.745 kW/K
Comentario Observe que la presión del aire permanece casi constante mientras
el aire fluye por el intercambiador de calor, y por esta razón no se incluye
el término de presión en la expresión de cambio de entropía para el aire.
T 3
EJEMPLO 7-21 Generación de entropía asociada
a la transferencia de calor
Un dispositivo de cilindro-émbolo sin fricción contiene una mezcla saturada
de líquido y vapor de agua a 100 °C. Durante un proceso de presión constante,
600 kJ de calor se transfieren al aire circundante que se halla a 25 °C.
Como resultado, la parte de vapor dentro del cilindro se condensa. Determine
a) el cambio de entropía del agua y b) la generación de entropía total durante
este proceso de transferencia de calor.
Solución Un vapor húmedo pierde calor hacia sus alrededores mientras algo
del vapor se condensa. Se determinará el cambio de entropía del agua y la
generación de entropía total.
Suposiciones 1 No hay irreversibilidades involucradas dentro de las fronteras
del sistema, por lo tanto el proceso es internamente reversible. 2 La temperatura
del agua permanece constante en todas partes a 100 °C, incluso en las
fronteras.
Análisis Se considera inicialmente el agua en el cilindro como el sistema
(Fig. 7-69), el cual es un sistema cerrado porque ninguna masa cruza su frontera
durante el proceso. Se observa que la presión, y por lo tanto la temperatura,
del agua contenida en el cilindro permanece constante, mientras que la
entropía del sistema disminuye debido a la pérdida de calor.
T = 100 °C 600 kJ
H 2 O
T alr = 25 °C
FIGURA 7-69
Esquema para el ejemplo 7-21.