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8-25E Un congelador se mantiene a una temperatura especificada mediante la eliminacioacuten de calor de ella a una velocidad especificada La
se da el consumo de energiacutea del congelador La potencia reversible irreversible y la segunda ley
eficiencia son por determinar
Anaacutelisis (a) El trabajo reversible es el trabajo miacutenimo requerido para realizar esta tarea que es el
funciona de esa nevera reversible que opera entre los liacutemites de temperatura especificados consumiriacutea
873
535480 1
1
1
COP 1 R rev =
-
=
-
=
TH TL
CV = 020 ⎟⎠⎞⎜⎝= = ⎛4241 BTU min
1 hp
873
75 Btu min
R rev
rev en la COP
Q
W L
Y
Y
(B) La irreversibilidad es la diferencia entre el reversible
trabajar y el trabajo eleacutectrico real consumida
I amp = W amp u en -W y rev en = 070-020 = 050 CV
(C) La segunda ley de la eficiencia se determina a partir de su definicioacuten
8-26 Se ha de mostrado que la energiacutea producida por una turbina de viento es proporcional al cubo del viento
la velocidad y el cuadrado del diaacutemetro envergadura de la pala
Anaacutelisis de la energiacutea producida por una turbina de viento es proporcional a la energiacutea cineacutetica del viento que es
igual al producto de la energiacutea cineacutetica del aire por unidad de masa y la tasa de flujo de masa de aire a traveacutes de la
aacuterea de separacioacuten de hoja Por lo tanto
3 2
3 2
viento
2 2
viento
2
viento
(Constante)
8
2 4
()
2
=
La energiacutea eoacutelica = (Eficiencia) (energiacutea cineacutetica) (velocidad de flujo de masa de aire)
V D V D
V
V D V AV
= =
=
π
η ρ
π
η ρ η ρ
que completa la prueba de que la energiacutea eoacutelica es proporcional al cubo de la velocidad del viento y a la
cuadrado del diaacutemetro envergadura de la pala
0827 Una energiacutea geoteacutermica produce 14 MW de potencia mientras que la destruccioacuten de exergiacutea en la planta es de 185 MW
La exergiacutea del agua geoteacutermica que entra a la planta la eficiencia de segunda ley de la planta y la
exergiacutea del calor rechazado de la planta deben ser determinados
Existen Supuestos 1 Steady condiciones de funcionamiento 2 cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 3
Propiedades del agua se utilizan para el agua geoteacutermica
Anaacutelisis (a) Las propiedades del agua geoteacutermica en la entrada de la planta y en el estado son muertos (Tablas A-
4 a traveacutes de A-6)
036723 kJ kgK
10483 kJ kg
0
25 C
19426 kJ kgK
67547 kJ kg
0
160 C
0
0
0
0
1
1
1
1
=
=⎭ ⎬ ⎫=
= deg
=
=⎭ ⎬ ⎫=
= deg
s
h
X
T
s
h
X
T
La exergiacutea de agua geoteacutermica de entrar en la planta es
[]
[]
= = 4453MW
= - + - + -
= - - -
44525 kW
(440 kg s) (67547 10483) kJ kg 0 (25 273 K) (19426 036723) kJ kgK
X amp Y en m h1 T0 h0 (s1 s0
(B) La eficiencia de segunda ley de la planta es la relacioacuten entre la energiacutea producida a la entrada a la planta de exergiacutea
= = = 0314
44525 kW
14000 kW
en
fuera
X
W
II y
Y
η
(C) la exergiacutea del calor rechazado desde la planta puede determinarse a partir de un balance de exergiacutea en la planta
X amp calor salida = X amp en -W y por fuera - X amp dest = 44525 -14000 -18500 = 12025 kW = 1203MW
8-28C Siacute
8-29C Siacute se puede Por ejemplo la primera ley de la eficiencia de un motor de calor reversible que opera entre la
liacutemites de temperatura de 300 K y 1000 K es 70 Sin embargo la segunda ley de la eficiencia de este motor como
todos los dispositivos reversibles es 100
8-30E aire se expande en un sistema cerrado adiabaacutetico con un rendimiento isoentroacutepico de 95 La segunda ley
la eficiencia del proceso es que se determine
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 El proceso es adiabaacutetico y por lo tanto
no hay transferencia de calor 3 El aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R (Tabla A-2EA)
Anaacutelisis Tomamos el aire cuando el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa cruza los liacutemites de la
sistema El balance de energiacutea para este sistema se puede expresar como
Hacia fuera (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
- B = Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
La temperatura final para el caso es isentroacutepico
2901 R
150 psia
(560 R) 15 psia
(1) 04 14
1
2
1 2 = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛= ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛=
k k-
s P
P
T T
La temperatura de salida real de la relacioacuten isoentroacutepica es
2 1 (1 2) 560 (095) (560 2901) 3036 R
1 2s
1 2
= - - = - - =
-
-
=
T T T T s
T T
T T
η
η
La salida de trabajo de frontera es
wb fuera = cv (T1 -T2) = (0171 BTU lbmsdotR) (560 a 3036) R = 4384 Btu lbm
El cambio de entropiacutea del aire es
001091 Btu lbm R
150 psia
(006855 Btu lbm R) En 15 psia
560 R
(0240 Btu lbm R) ln 3036 R
ln ln
1
2
1
2
aire
= sdot= sdot - sdotΔ = -
P
P
R
T
T
s c p
La diferencia exergiacutea entre los estados 1 y 2 es
3307 Btu lbm
(537 R) (001091 Btu lbm R)
15 psia
3036 R
150 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 560 R
() ()
() ()
0 1 2
2
2
1
1
1 2 0
1 2 1 2 0 1 2 0 1 2
=sdot - - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= + sdot -- - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - + -
- = - + - - -
T s s
P
T
P
c T T P R T
u u P T s s
v
φ φ v v
El trabajo uacutetil se determina a partir
2721 Btu lbm
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Y
(B) La irreversibilidad es la diferencia entre el reversible
trabajar y el trabajo eleacutectrico real consumida
I amp = W amp u en -W y rev en = 070-020 = 050 CV
(C) La segunda ley de la eficiencia se determina a partir de su definicioacuten
8-26 Se ha de mostrado que la energiacutea producida por una turbina de viento es proporcional al cubo del viento
la velocidad y el cuadrado del diaacutemetro envergadura de la pala
Anaacutelisis de la energiacutea producida por una turbina de viento es proporcional a la energiacutea cineacutetica del viento que es
igual al producto de la energiacutea cineacutetica del aire por unidad de masa y la tasa de flujo de masa de aire a traveacutes de la
aacuterea de separacioacuten de hoja Por lo tanto
3 2
3 2
viento
2 2
viento
2
viento
(Constante)
8
2 4
()
2
=
La energiacutea eoacutelica = (Eficiencia) (energiacutea cineacutetica) (velocidad de flujo de masa de aire)
V D V D
V
V D V AV
= =
=
π
η ρ
π
η ρ η ρ
que completa la prueba de que la energiacutea eoacutelica es proporcional al cubo de la velocidad del viento y a la
cuadrado del diaacutemetro envergadura de la pala
0827 Una energiacutea geoteacutermica produce 14 MW de potencia mientras que la destruccioacuten de exergiacutea en la planta es de 185 MW
La exergiacutea del agua geoteacutermica que entra a la planta la eficiencia de segunda ley de la planta y la
exergiacutea del calor rechazado de la planta deben ser determinados
Existen Supuestos 1 Steady condiciones de funcionamiento 2 cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 3
Propiedades del agua se utilizan para el agua geoteacutermica
Anaacutelisis (a) Las propiedades del agua geoteacutermica en la entrada de la planta y en el estado son muertos (Tablas A-
4 a traveacutes de A-6)
036723 kJ kgK
10483 kJ kg
0
25 C
19426 kJ kgK
67547 kJ kg
0
160 C
0
0
0
0
1
1
1
1
=
=⎭ ⎬ ⎫=
= deg
=
=⎭ ⎬ ⎫=
= deg
s
h
X
T
s
h
X
T
La exergiacutea de agua geoteacutermica de entrar en la planta es
[]
[]
= = 4453MW
= - + - + -
= - - -
44525 kW
(440 kg s) (67547 10483) kJ kg 0 (25 273 K) (19426 036723) kJ kgK
X amp Y en m h1 T0 h0 (s1 s0
(B) La eficiencia de segunda ley de la planta es la relacioacuten entre la energiacutea producida a la entrada a la planta de exergiacutea
= = = 0314
44525 kW
14000 kW
en
fuera
X
W
II y
Y
η
(C) la exergiacutea del calor rechazado desde la planta puede determinarse a partir de un balance de exergiacutea en la planta
X amp calor salida = X amp en -W y por fuera - X amp dest = 44525 -14000 -18500 = 12025 kW = 1203MW
8-28C Siacute
8-29C Siacute se puede Por ejemplo la primera ley de la eficiencia de un motor de calor reversible que opera entre la
liacutemites de temperatura de 300 K y 1000 K es 70 Sin embargo la segunda ley de la eficiencia de este motor como
todos los dispositivos reversibles es 100
8-30E aire se expande en un sistema cerrado adiabaacutetico con un rendimiento isoentroacutepico de 95 La segunda ley
la eficiencia del proceso es que se determine
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 El proceso es adiabaacutetico y por lo tanto
no hay transferencia de calor 3 El aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R (Tabla A-2EA)
Anaacutelisis Tomamos el aire cuando el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa cruza los liacutemites de la
sistema El balance de energiacutea para este sistema se puede expresar como
Hacia fuera (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
- B = Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
La temperatura final para el caso es isentroacutepico
2901 R
150 psia
(560 R) 15 psia
(1) 04 14
1
2
1 2 = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛= ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛=
k k-
s P
P
T T
La temperatura de salida real de la relacioacuten isoentroacutepica es
2 1 (1 2) 560 (095) (560 2901) 3036 R
1 2s
1 2
= - - = - - =
-
-
=
T T T T s
T T
T T
η
η
La salida de trabajo de frontera es
wb fuera = cv (T1 -T2) = (0171 BTU lbmsdotR) (560 a 3036) R = 4384 Btu lbm
El cambio de entropiacutea del aire es
001091 Btu lbm R
150 psia
(006855 Btu lbm R) En 15 psia
560 R
(0240 Btu lbm R) ln 3036 R
ln ln
1
2
1
2
aire
= sdot= sdot - sdotΔ = -
P
P
R
T
T
s c p
La diferencia exergiacutea entre los estados 1 y 2 es
3307 Btu lbm
(537 R) (001091 Btu lbm R)
15 psia
3036 R
150 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 560 R
() ()
() ()
0 1 2
2
2
1
1
1 2 0
1 2 1 2 0 1 2 0 1 2
=sdot - - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= + sdot -- - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - + -
- = - + - - -
T s s
P
T
P
c T T P R T
u u P T s s
v
φ φ v v
El trabajo uacutetil se determina a partir
2721 Btu lbm
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
= =
=
π
η ρ
π
η ρ η ρ
que completa la prueba de que la energiacutea eoacutelica es proporcional al cubo de la velocidad del viento y a la
cuadrado del diaacutemetro envergadura de la pala
0827 Una energiacutea geoteacutermica produce 14 MW de potencia mientras que la destruccioacuten de exergiacutea en la planta es de 185 MW
La exergiacutea del agua geoteacutermica que entra a la planta la eficiencia de segunda ley de la planta y la
exergiacutea del calor rechazado de la planta deben ser determinados
Existen Supuestos 1 Steady condiciones de funcionamiento 2 cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 3
Propiedades del agua se utilizan para el agua geoteacutermica
Anaacutelisis (a) Las propiedades del agua geoteacutermica en la entrada de la planta y en el estado son muertos (Tablas A-
4 a traveacutes de A-6)
036723 kJ kgK
10483 kJ kg
0
25 C
19426 kJ kgK
67547 kJ kg
0
160 C
0
0
0
0
1
1
1
1
=
=⎭ ⎬ ⎫=
= deg
=
=⎭ ⎬ ⎫=
= deg
s
h
X
T
s
h
X
T
La exergiacutea de agua geoteacutermica de entrar en la planta es
[]
[]
= = 4453MW
= - + - + -
= - - -
44525 kW
(440 kg s) (67547 10483) kJ kg 0 (25 273 K) (19426 036723) kJ kgK
X amp Y en m h1 T0 h0 (s1 s0
(B) La eficiencia de segunda ley de la planta es la relacioacuten entre la energiacutea producida a la entrada a la planta de exergiacutea
= = = 0314
44525 kW
14000 kW
en
fuera
X
W
II y
Y
η
(C) la exergiacutea del calor rechazado desde la planta puede determinarse a partir de un balance de exergiacutea en la planta
X amp calor salida = X amp en -W y por fuera - X amp dest = 44525 -14000 -18500 = 12025 kW = 1203MW
8-28C Siacute
8-29C Siacute se puede Por ejemplo la primera ley de la eficiencia de un motor de calor reversible que opera entre la
liacutemites de temperatura de 300 K y 1000 K es 70 Sin embargo la segunda ley de la eficiencia de este motor como
todos los dispositivos reversibles es 100
8-30E aire se expande en un sistema cerrado adiabaacutetico con un rendimiento isoentroacutepico de 95 La segunda ley
la eficiencia del proceso es que se determine
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 El proceso es adiabaacutetico y por lo tanto
no hay transferencia de calor 3 El aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R (Tabla A-2EA)
Anaacutelisis Tomamos el aire cuando el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa cruza los liacutemites de la
sistema El balance de energiacutea para este sistema se puede expresar como
Hacia fuera (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
- B = Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
La temperatura final para el caso es isentroacutepico
2901 R
150 psia
(560 R) 15 psia
(1) 04 14
1
2
1 2 = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛= ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛=
k k-
s P
P
T T
La temperatura de salida real de la relacioacuten isoentroacutepica es
2 1 (1 2) 560 (095) (560 2901) 3036 R
1 2s
1 2
= - - = - - =
-
-
=
T T T T s
T T
T T
η
η
La salida de trabajo de frontera es
wb fuera = cv (T1 -T2) = (0171 BTU lbmsdotR) (560 a 3036) R = 4384 Btu lbm
El cambio de entropiacutea del aire es
001091 Btu lbm R
150 psia
(006855 Btu lbm R) En 15 psia
560 R
(0240 Btu lbm R) ln 3036 R
ln ln
1
2
1
2
aire
= sdot= sdot - sdotΔ = -
P
P
R
T
T
s c p
La diferencia exergiacutea entre los estados 1 y 2 es
3307 Btu lbm
(537 R) (001091 Btu lbm R)
15 psia
3036 R
150 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 560 R
() ()
() ()
0 1 2
2
2
1
1
1 2 0
1 2 1 2 0 1 2 0 1 2
=sdot - - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= + sdot -- - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - + -
- = - + - - -
T s s
P
T
P
c T T P R T
u u P T s s
v
φ φ v v
El trabajo uacutetil se determina a partir
2721 Btu lbm
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
0
1
1
1
1
=
=⎭ ⎬ ⎫=
= deg
=
=⎭ ⎬ ⎫=
= deg
s
h
X
T
s
h
X
T
La exergiacutea de agua geoteacutermica de entrar en la planta es
[]
[]
= = 4453MW
= - + - + -
= - - -
44525 kW
(440 kg s) (67547 10483) kJ kg 0 (25 273 K) (19426 036723) kJ kgK
X amp Y en m h1 T0 h0 (s1 s0
(B) La eficiencia de segunda ley de la planta es la relacioacuten entre la energiacutea producida a la entrada a la planta de exergiacutea
= = = 0314
44525 kW
14000 kW
en
fuera
X
W
II y
Y
η
(C) la exergiacutea del calor rechazado desde la planta puede determinarse a partir de un balance de exergiacutea en la planta
X amp calor salida = X amp en -W y por fuera - X amp dest = 44525 -14000 -18500 = 12025 kW = 1203MW
8-28C Siacute
8-29C Siacute se puede Por ejemplo la primera ley de la eficiencia de un motor de calor reversible que opera entre la
liacutemites de temperatura de 300 K y 1000 K es 70 Sin embargo la segunda ley de la eficiencia de este motor como
todos los dispositivos reversibles es 100
8-30E aire se expande en un sistema cerrado adiabaacutetico con un rendimiento isoentroacutepico de 95 La segunda ley
la eficiencia del proceso es que se determine
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 El proceso es adiabaacutetico y por lo tanto
no hay transferencia de calor 3 El aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R (Tabla A-2EA)
Anaacutelisis Tomamos el aire cuando el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa cruza los liacutemites de la
sistema El balance de energiacutea para este sistema se puede expresar como
Hacia fuera (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
- B = Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
La temperatura final para el caso es isentroacutepico
2901 R
150 psia
(560 R) 15 psia
(1) 04 14
1
2
1 2 = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛= ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛=
k k-
s P
P
T T
La temperatura de salida real de la relacioacuten isoentroacutepica es
2 1 (1 2) 560 (095) (560 2901) 3036 R
1 2s
1 2
= - - = - - =
-
-
=
T T T T s
T T
T T
η
η
La salida de trabajo de frontera es
wb fuera = cv (T1 -T2) = (0171 BTU lbmsdotR) (560 a 3036) R = 4384 Btu lbm
El cambio de entropiacutea del aire es
001091 Btu lbm R
150 psia
(006855 Btu lbm R) En 15 psia
560 R
(0240 Btu lbm R) ln 3036 R
ln ln
1
2
1
2
aire
= sdot= sdot - sdotΔ = -
P
P
R
T
T
s c p
La diferencia exergiacutea entre los estados 1 y 2 es
3307 Btu lbm
(537 R) (001091 Btu lbm R)
15 psia
3036 R
150 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 560 R
() ()
() ()
0 1 2
2
2
1
1
1 2 0
1 2 1 2 0 1 2 0 1 2
=sdot - - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= + sdot -- - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - + -
- = - + - - -
T s s
P
T
P
c T T P R T
u u P T s s
v
φ φ v v
El trabajo uacutetil se determina a partir
2721 Btu lbm
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
44525 kW
(440 kg s) (67547 10483) kJ kg 0 (25 273 K) (19426 036723) kJ kgK
X amp Y en m h1 T0 h0 (s1 s0
(B) La eficiencia de segunda ley de la planta es la relacioacuten entre la energiacutea producida a la entrada a la planta de exergiacutea
= = = 0314
44525 kW
14000 kW
en
fuera
X
W
II y
Y
η
(C) la exergiacutea del calor rechazado desde la planta puede determinarse a partir de un balance de exergiacutea en la planta
X amp calor salida = X amp en -W y por fuera - X amp dest = 44525 -14000 -18500 = 12025 kW = 1203MW
8-28C Siacute
8-29C Siacute se puede Por ejemplo la primera ley de la eficiencia de un motor de calor reversible que opera entre la
liacutemites de temperatura de 300 K y 1000 K es 70 Sin embargo la segunda ley de la eficiencia de este motor como
todos los dispositivos reversibles es 100
8-30E aire se expande en un sistema cerrado adiabaacutetico con un rendimiento isoentroacutepico de 95 La segunda ley
la eficiencia del proceso es que se determine
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 El proceso es adiabaacutetico y por lo tanto
no hay transferencia de calor 3 El aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R (Tabla A-2EA)
Anaacutelisis Tomamos el aire cuando el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa cruza los liacutemites de la
sistema El balance de energiacutea para este sistema se puede expresar como
Hacia fuera (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
- B = Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
La temperatura final para el caso es isentroacutepico
2901 R
150 psia
(560 R) 15 psia
(1) 04 14
1
2
1 2 = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛= ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛=
k k-
s P
P
T T
La temperatura de salida real de la relacioacuten isoentroacutepica es
2 1 (1 2) 560 (095) (560 2901) 3036 R
1 2s
1 2
= - - = - - =
-
-
=
T T T T s
T T
T T
η
η
La salida de trabajo de frontera es
wb fuera = cv (T1 -T2) = (0171 BTU lbmsdotR) (560 a 3036) R = 4384 Btu lbm
El cambio de entropiacutea del aire es
001091 Btu lbm R
150 psia
(006855 Btu lbm R) En 15 psia
560 R
(0240 Btu lbm R) ln 3036 R
ln ln
1
2
1
2
aire
= sdot= sdot - sdotΔ = -
P
P
R
T
T
s c p
La diferencia exergiacutea entre los estados 1 y 2 es
3307 Btu lbm
(537 R) (001091 Btu lbm R)
15 psia
3036 R
150 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 560 R
() ()
() ()
0 1 2
2
2
1
1
1 2 0
1 2 1 2 0 1 2 0 1 2
=sdot - - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= + sdot -- - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - + -
- = - + - - -
T s s
P
T
P
c T T P R T
u u P T s s
v
φ φ v v
El trabajo uacutetil se determina a partir
2721 Btu lbm
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R (Tabla A-2EA)
Anaacutelisis Tomamos el aire cuando el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa cruza los liacutemites de la
sistema El balance de energiacutea para este sistema se puede expresar como
Hacia fuera (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
- B = Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
La temperatura final para el caso es isentroacutepico
2901 R
150 psia
(560 R) 15 psia
(1) 04 14
1
2
1 2 = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛= ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛=
k k-
s P
P
T T
La temperatura de salida real de la relacioacuten isoentroacutepica es
2 1 (1 2) 560 (095) (560 2901) 3036 R
1 2s
1 2
= - - = - - =
-
-
=
T T T T s
T T
T T
η
η
La salida de trabajo de frontera es
wb fuera = cv (T1 -T2) = (0171 BTU lbmsdotR) (560 a 3036) R = 4384 Btu lbm
El cambio de entropiacutea del aire es
001091 Btu lbm R
150 psia
(006855 Btu lbm R) En 15 psia
560 R
(0240 Btu lbm R) ln 3036 R
ln ln
1
2
1
2
aire
= sdot= sdot - sdotΔ = -
P
P
R
T
T
s c p
La diferencia exergiacutea entre los estados 1 y 2 es
3307 Btu lbm
(537 R) (001091 Btu lbm R)
15 psia
3036 R
150 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 560 R
() ()
() ()
0 1 2
2
2
1
1
1 2 0
1 2 1 2 0 1 2 0 1 2
=sdot - - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= + sdot -- - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - + -
- = - + - - -
T s s
P
T
P
c T T P R T
u u P T s s
v
φ φ v v
El trabajo uacutetil se determina a partir
2721 Btu lbm
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
⎛= ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛=
k k-
s P
P
T T
La temperatura de salida real de la relacioacuten isoentroacutepica es
2 1 (1 2) 560 (095) (560 2901) 3036 R
1 2s
1 2
= - - = - - =
-
-
=
T T T T s
T T
T T
η
η
La salida de trabajo de frontera es
wb fuera = cv (T1 -T2) = (0171 BTU lbmsdotR) (560 a 3036) R = 4384 Btu lbm
El cambio de entropiacutea del aire es
001091 Btu lbm R
150 psia
(006855 Btu lbm R) En 15 psia
560 R
(0240 Btu lbm R) ln 3036 R
ln ln
1
2
1
2
aire
= sdot= sdot - sdotΔ = -
P
P
R
T
T
s c p
La diferencia exergiacutea entre los estados 1 y 2 es
3307 Btu lbm
(537 R) (001091 Btu lbm R)
15 psia
3036 R
150 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 560 R
() ()
() ()
0 1 2
2
2
1
1
1 2 0
1 2 1 2 0 1 2 0 1 2
=sdot - - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= + sdot -- - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - + -
- = - + - - -
T s s
P
T
P
c T T P R T
u u P T s s
v
φ φ v v
El trabajo uacutetil se determina a partir
2721 Btu lbm
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
(006855 Btu lbm R) En 15 psia
560 R
(0240 Btu lbm R) ln 3036 R
ln ln
1
2
1
2
aire
= sdot= sdot - sdotΔ = -
P
P
R
T
T
s c p
La diferencia exergiacutea entre los estados 1 y 2 es
3307 Btu lbm
(537 R) (001091 Btu lbm R)
15 psia
3036 R
150 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 560 R
() ()
() ()
0 1 2
2
2
1
1
1 2 0
1 2 1 2 0 1 2 0 1 2
=sdot - - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= + sdot -- - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - + -
- = - + - - -
T s s
P
T
P
c T T P R T
u u P T s s
v
φ φ v v
El trabajo uacutetil se determina a partir
2721 Btu lbm
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
2
1
1
1 2 0
1 2 1 2 0 1 2 0 1 2
=sdot - - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= + sdot -- - ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - + -
- = - + - - -
T s s
P
T
P
c T T P R T
u u P T s s
v
φ φ v v
El trabajo uacutetil se determina a partir
2721 Btu lbm
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
150 psia
560 R
15 psia
4384 Btu lbm (147 psia) (006855 Btu lbm R) 3036 R
() () ()
1
1
2
2
Fuera surr 1 2 0 2 1 1 2 0
=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - sdot -⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛= - = - - - = - - -
P
T
P
w w w c T T T T P c P R T U B v v v v
La segunda ley es la eficiencia a continuacioacuten
= = 0823
Se consideran 8-31E aire y helio a estados especificados El gas con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
identificado
Hipoacutetesis 1 cineacutetica y cambios de energiacutea potencial son despreciables 2 Aire y el helio son gases ideales con
calores especiacuteficos constantes
Propiedades de las propiedades del aire a temperatura ambiente son cp = 0240 BTU lbm bull R CV = 0171 BTU lbm bull R k =
14 y R = 006855 Btu lbm bull R = 03704 psiasdotft3 lbm bull R Para el helio cp = 125 Btu lbm bull R cv = 0753
Btu lbm bull R k = 1667 y R = 04961 Btu lbm bull R = 26809 psiasdotft3 lbm bull R (Tabla A-2E)
Anaacutelisis de la masa de aire en el sistema es
3552 lbm
(03704 psia pies lbm R) (R 760)
(100 psia) (10 ft)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
El cambio de entropiacutea de aire entre el estado dado y el estado muerto es
004808 Btu lbm R
147 psia
(006855 Btu lbm R) En 100 psia
537 R
(0240 Btu lbm R) En 760 R
ln ln
0 0
0
= - sdot
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
= sdot - sdot- = -
P
R P
T
s s c Tp
Voluacutemenes especiacuteficos del aire en el estado dado y el estado son muertos
2815 pies lbm
100 psia
(03704 psia pies lbm R) (760 R) 3
3
=sdot sdot= =
P
RT v
1353 pies lbm
147 psia
(03704 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
La exergiacutea especiacutefica sistema cerrado en el aire es entonces
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
3480 Btu lbm
(537 R) (004808) Btu lbm R
5404 pies psia
(0171 Btu lbm R) (300 77) R (147 psia) (2815 1353) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
La exergiacutea total disponible en el aire para la produccioacuten de trabajo es entonces
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Φ = mφ = (3552 lbm) (3480 Btu lbm) = 1236 BTU
Ahora repetimos los caacutelculos para el helio
09043 lbm
(26809 psia pies lbm R) (R 660)
(80 psia) (20 pies)
3
3
=sdot sdot= =
RT
m PV
05827 Btu lbm R
147 psia
(04961 Btu lbm R) En 80 psiav
9793 pies lbm
147 psia
(26809 psia pies lbm R) (537 R) 3
3
0
0
0 =sdot sdot= =
P
RT
v
1993 Btu lbm
(537 R) (05827) Btu lbm R
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
5404 pies psia
(0753 Btu lbm R) (200 77) R (147 psia) (2212 9793) pies lbm 1 BTU
() () ()
() ()
3
3
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
=
- - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot= sdot - + -
= - + - - -
= - + - - -
c T T P T s s
u u P T s s
v v
v v
v
φ
Φ = mφ = (09043 lbm) (1993 Btu lbm) = 1802 BTU
Comparacioacuten de los dos resultados muestra que el sistema de helio tiene un mayor potencial para la produccioacuten de trabajo
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
8-32 de vapor y R-134a en los mismos estados son considerados El fluido con el contenido de exergiacutea superior es para ser
identificado
Supuestos cineacuteticos y los cambios de energiacutea potencial son despreciables
Anaacutelisis Las propiedades del agua en el estado dado y en el estado son muertos
(Tabla A- 4)
03672 kJ kg K
0001003 m kg
10483 kJ kg
100 kPa
25 C
(Tabla A- 6)
67155 kJ kg K
024720 m kg
25947 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
La exergiacutea de vapor es
[]
= 6227 kJ⎥ ⎥ ⎥ ⎦⎤⎢ ⎢ ⎢
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (67155 03672) kJ kg K
1 kPa m
(25947 10483) kJ kg (100 kPa) (024720 0001003) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Para R-134a
(Cuadro A-11)
032432 kJ kg K
00008286 m kg
8585 kJ kg
100 kPa
25 C
(Cuadro A-13)
13327 kJ kg K
0044554 m kg
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
38699 kJ kg
180 C
800 kPa
0 a 25 C
3
0 a 25 C
0 a 25 C
0
0
3cong = sdotcong =cong =⎭ ⎬ ⎫=
= deg
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
u u
P
T
s
u
T
P
v v
v
[]
= 502 kJ⎥ ⎥ ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎢⎣⎡- - sdot⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot- + -
=
Φ = - + - - -
(298 K) (13327 032432) kJ kg K
1 kPa m
(38699 8585) kJ kg (100 kPa) (0044554 00008286) m kg 1 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
(1 kg)
() ()
3
3
s0 m u P0 u0 v v 0 T0 s
Por tanto el vapor puede tiene maacutes potencial de trabajo que el R-134a
la entrada de un trabajo uacutetil se mide La exergiacutea del aire en los estados inicial y final y el miacutenimo
trabajar de entrada para llevar a cabo este proceso de compresioacuten y la eficiencia de segunda ley se determinaraacuten
Hipoacutetesis 1 del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos constantes 2 Las energiacuteas cineacutetica y potencial son
insignificante
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kPam3 kgK (Tabla A-1) Los calores especiacuteficos de aire en el
temperatura promedio de (298 + 423) 2 = 360 K son cp = 1009 kJ kg bull K y cv = 0722 kJ kg bull K (Tabla A-2)
Anaacutelisis (a) Se da cuenta de que X1 = Φ1 = 0 ya que el aire inicialmente estaacute en el estado muerto La masa de aire es
000234 kg
(0287 kPa m kg K) (298 K)
(100 kPa) (0002 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Tambieacuten
(2 L) = 0473 L
(600 kPa) (298 K)
(100 kPa) (423 K)
1
2 1
1 2
2
1
1 1
2
2 2 = ⎯⎯ rarr V = V =
V V
P T
P T
T
P
T
P
y
01608 kJ kg K
100 kPa
(0287 kJ kg K) ln 600 kPa
298 K
(1009 kJ kg K) En 423 K
ln ln
0
2
0
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
2
2 0 avg
= - sdot= sdot - sdot- = -
P
P
R
T
T
s s c p
Por lo tanto la exergiacutea de aire en el estado final es
[]
[]
= 0171kJ
+ sdot= sdot sdot= Φ = - - - + -
(100 kPa) (0000473- 0002) m [kJ m kPa]
(000234 kg) (0722 kJ kg K) (423- 298) K - (298 K) (- 01608 kJ kg K)
() () ()
3 3
X 2 m 2 cv avg T2 T0 T0 s2 P0 s0 V 2 V 0
(B) La entrada miacutenima de trabajo es el insumo trabajo reversible que puede ser determinada a partir de la exergiacutea
equilibrar mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
- = 0171kJ
= -
- - = Δ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
= 0171 0
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
(C) La eficiencia de segunda ley de este proceso es
= = = 143
8-34 Un cilindro se llena inicialmente con R-134a en un estado especificado El refrigerante se enfriacutea y se condensa
a presioacuten constante La exergiacutea del refrigerante en los estados inicial y final y la exergiacutea destruida
durante este proceso son que se determine
Supuestos Las energiacuteas cineacutetica y potencial son despreciables
Propiedades de las tablas de refrigerante (Tablas A-11 a A-13)
10256 kJ kg K
27401 kJ kg
0034875 m kg
60 C
07 MPa
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
1
1
3
1
1
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
= 031958 kJ kg K
= 8444 kJ kg
= 00008261 m kg
24 C
07 MPa
2 24 C
2 24 C
3
2 24 C
2
2cong sdot
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
congcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
11033 kJ kg K
25184 kJ kg
023718 m kg
24 C
01 MPa
0
0
3
0
0
0
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
=⎭ ⎬ ⎫= deg
=
s
u
T
P
v
Anaacutelisis (a) A partir de la relacioacuten de exergiacutea sistema cerrado
= 1251 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (0034875 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (27401 25184) kJ kg (297 K) (10256 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X1 1 m P0 s0 s1 T0 u0 u1 v 1 v 0
y
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
= 2086 kJ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot-
= - - sdot= Φ = - - - + -
1 kPa m
+ (100 kPa) (00008261 023718) m kg 1 kJ
(5 kg) (8444 25184) kJ kg - (297 K) (031958 11033) kJ kg K
() () ()
3
3
X 2 2 m P0 s0 s2 T0 u0 u2 v 2 v 0
(B) La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso puede ser
determinada a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1 2086 1251 835 kJ
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
= - = - =
- - = Δ
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Tomando nota de que el proceso implica soacutelo trabajo en la frontera la entrada de un trabajo uacutetil durante este proceso es simplemente
el trabajo de frontera en exceso de la labor realizada por el aire circundante
1021 kJ
1 kPa m
(5 kg) (700 -100 kPa) (0034875 00008261 m kg) 1 kJ
() ()
() () ()
3
3
0 1 2
u en en surr en en 0 1 2 1 2 0 1 2
= ⎟⎠⎞⎜⎝⎛sdot= -
= - -
= - = - - = - - -
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
v v
V V V V v v
m P P
W W W W P P P m
Conocer tanto los insumos de trabajo uacutetiles y reversibles reales la destruccioacuten de exergiacutea o irreversibilidad que es
la diferencia entre los dos se determina a partir de su definicioacuten para ser
X destruyoacute = I = Wu en -Wrev en = 1021 a 835 = 186 kJ
8-35E Un tanque riacutegido aislado contiene saturado mezcla liacutequido-vapor de agua a una presioacuten especiacutefica Una
calentador eleacutectrico en el interior se enciende y se mantiene hasta que se vaporiza todo el liacutequido La destruccioacuten de exergiacutea y
la eficiencia de segunda ley estaacuten por determinar
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Inmuebles de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
038093 130632 070751 025 Btu lbm R
22792 025 86219 44347 Btu lbm
001708 025 (11901 001708) 29880 ft lbm
025
35 psia
1 1
1 1
3
1 1
1
1
= + = + times = sdot= + = + times =
= + = + times - =⎭ ⎬ ⎫
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
=
=
f fg
f fg
f fg
s s x s
u u u x
X
X
P
v v v
15692 Btu lbm R
= 11109 Btu lbm
saacuteb vapor de 2 = 29880 pies lbm
2 1 2 = 29880 pies lbm
3
3
= = sdot=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
g
s s
u u
v
v v v
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Anaacutelisis (a) La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten
Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un
balance de entropiacutea en el tanque que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
(6 lbm) (535 R) (15692 a 070751) Btu lbm R = 2766 BTU
destruidos 0 0 generacioacuten (2 1)
= sdotX = T S = mT s - s
(B) Tomando nota de que V = constante durante este proceso la W y Wu son ideacutenticos y se determina a partir de la
balance de energiacutea en la ecuacioacuten de energiacutea sistema cerrado
e en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Nosotros a = (6 lbm) (11109-44347) Btu lbm = 4005 BTU
Entonces el trabajo reversible durante este proceso y la eficiencia de segunda ley se convierta en
Wrev en = Wu en - X destruyoacute = 4005 - 2766 = 1239 BTU
Por lo tanto
= = = 309
4005 BTU
8-36 Un tanque riacutegido se divide en dos partes iguales por una particioacuten Una parte estaacute llena de liacutequido comprimido
mientras que el otro lado se evacua La particioacuten se elimina y el agua se expande en todo el tanque La
exergiacutea destruida durante este proceso es que se determine
Supuestos cineacuteticos y energiacuteas potenciales son insignificantes
Anaacutelisis de las propiedades del agua son (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
= 08313 kJ kg K
= 25116 kJ kg
= 0001017 m kg
60 C
300 kPa
1 60 C
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
1 60 C
3
1 60 C
1
1cong sdotcongcong⎭ ⎬ ⎫= deg
=
deg
deg
deg
F
F
F
s s
u u
T
P
v v
Tomando nota de que los 2 2 0001017 0002034 m3 kg
v 2 = v 1 = times =
07549 72522 07556 00001017 kJ kg K
22593 00001017 22221 22615 kJ kg
00001017
1002 0001014
0002034 0001014
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
v 0002034
15 kPa
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times = sdot= + = + times =
=
-
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
s s x s
u u u x
X
P v
v v
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Tomando la direccioacuten de la transferencia de calor sea al tanque el balance de energiacutea en este sistema cerrado se convierte
en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
Q U m u u
E E E
= Δ = -
- = Δ
14243 14243
o
Qin = (15 kg) (22615- 25116) kJ kg = -3751 kJ rarr Qout = 3751 kJ
La irreversibilidad puede determinarse a partir de su definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea es
determinado a partir de un balance de entropiacutea en un sistema maacutes amplio que incluye el tanque y su inmediata
entorno para que la temperatura liacutemite del sistema ampliado es la temperatura de la
alrededores en todo momento
surr
fuera
Gen 2 1
sistema de generacioacuten de 2 1
b fuera
fuera
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
()
()
T
Q
S m s s
S S m s s
T
Q
S S S S
= - +
- + = Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
= 367 kJ⎥⎦8-38 Un cilindro aislado se llena inicialmente con agua liacutequida saturada a una presioacuten especificada El agua es
calentada eleacutectricamente a presioacuten constante El miacutenimo de trabajo por el cual este proceso puede llevarse a cabo y
la exergiacutea destruida estaacuten por determinar
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso de compresioacuten o expansioacuten es cuasi-equilibrio
Anaacutelisis (a) A partir de las tablas de vapor (Tablas A-4 a traveacutes de la A-6)
La masa del vapor es
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o sale
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Despejando h2
16251 kJ kg
1899 kg
46713 2200 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
2 = 1 + = + =
m
W
h h electroacutenico en
Por lo tanto
0001053 05202 (11594 0001053) 06037 m kg
46697 05202 20523 15346 kJ kg
14337 05202 57894 44454 kJ kg K
05202
22260
16251 46713
16251 kJ kg
150 kPa
3
2 2
2 2
2 2
2
2
2
2
= + = + times - =
= + = + times =
= + = + times = sdot=
-
=
-
=
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
f fg
fg
F
X
u u u x
s s x s
h
h h
X
h
P
v v v
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina
ser
Wrev en m u1 u2 T0 s1 s2 P0 v 1 v 2
(B) La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
X = destruyoacute T0Sgen = MT0 (s2 - s1) = (298 K) (1899 kg) (44454 -14337) kJ kg sdotK = 1705 kJ
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988
8-40 Un cilindro aislado se llena inicialmente con vapor de R-134a saturado a una presioacuten especificada La
refrigerante se expande de una manera reversible hasta que la presioacuten cae a un valor especificado El cambio en el
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
exergiacutea del refrigerante durante este proceso y el trabajo reversible deben ser determinados
Hipoacutetesis 1 Los cambios de energiacutea cineacutetica y potencial son despreciables 2 El cilindro estaacute bien aislado-
y por lo tanto la transferencia de calor es despreciable 3 La energiacutea teacutermica almacenada en el propio cilindro es insignificante 4 El
proceso se dice que es reversible
Anaacutelisis Este es un proceso adiabaacutetico reversible (es decir isentroacutepico) y por lo tanto s2 = s1 De las tablas de refrigerante
(Tablas A-11 a A-13)
= 09183 kJ kg K
= 24679 kJ kg
= 002562 m kg
saacuteb vapor
08 MPa
1 08 MPa
1 08 MPa
3
1 08 MPa
1
= sdot=
=⎭ ⎬ ⎫=
g
g
g
s s
u u
P
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
v v
La masa del refrigerante es
1952 kg
002562 m kg
005 m
3
3
1
= = =
v
V m
3828 09753 18621 21988 kJ kg
00007533 0099867 (0099867 00007533) 009741 m kg
09753
078316
09183 015457
02 MPa
2 2
3
2 2
2
2
2 1
2
= + = + times =
= + = + times - =
=
-
=
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
-
=⎭ ⎬ ⎫=
=
f fg
f fg
fg
F
u u u x
X
s
s s
X
s s
P
v v v
La salida de trabajo reversible lo que representa el maacuteximo rendimiento en el trabajo Wrev cabo puede determinarse a partir
el balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
1 2
rev cabo 1 2
rev cabo 2 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
dentro fuera
-
= Φ -Φ
= -
= -
- - = Δ
W X X
W X X
X X X X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Utilizando la definicioacuten de
la exergiacutea sistema cerrado y sustitucioacuten el trabajo reversible se determinoacute que
[] []
= 385 kJ
= - - sdot= Φ -Φ = - - - + - = - + -
(1952 kg) [(24679 21988) kJ kg +
El gas oxiacutegeno 8-41E se comprime desde un estado inicial especificado en un estado especificado final El reversible
trabajo y el aumento de la exergiacutea del oxiacutegeno durante este proceso se han de determinar
Supuestos En determinadas condiciones el oxiacutegeno puede ser tratada como un gas ideal con calores especiacuteficos constantes
Propiedades La constante de los gases de oxiacutegeno es R = 006206 BTU lbmR (Tabla A-1E) El volumen constante
calor especiacutefico del oxiacutegeno a la temperatura media es
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
promedio = (1 + 2) 2 = (75 + 525) 2 = 300 deg F⎯⎯ rarr avg = 0164 Btu lbmsdotRTTT cv
Anaacutelisis El cambio de entropiacutea del oxiacutegeno es
002894 Btu lbm R
12 pies lbm
(006206 Btu lbm R) ln 15 pies lbm
535 R
(0164 Btu lbm R) En 985 R
ln ln
3
3
1
2
1
2
2 1 avg
= - sdot⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛sdot + ⎟⎠⎞⎜⎝= sdot ⎛⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
⎛+ ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- =
v
v
v R
T
T
s s c
La entrada de trabajo reversible lo que representa el miacutenimo Wrev entrada de trabajo en este caso se puede determinar
a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
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Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Por lo tanto el cambio en la exergiacutea y el trabajo reversible son ideacutenticos en este caso Sustituyendo la cerrada
relacioacuten exergiacutea del sistema la entrada de trabajo reversible durante este proceso se determina que es
= 607 Btu lbm
- sdot= - sdot - sdot= - = - - - - + -
+ (147 psia) (12 15) ft lbm[Btu54039 psia pies]
(0164 Btu lbm R) (535-985) R (535 R) (002894 Btu lbm R)
[() () ()]
3 3
wrev en φ 2 φ1 P0 s2 s1 T0 u2 u1 v 1 v 2
Ademaacutes el aumento en la exergiacutea de oxiacutegeno es
φ 2 -φ1 = wrev en = 607 Btu lbm
8-42 un tanque aislado contiene gas CO2 a una presioacuten y volumen especificado Una rueda de paletas en el tanque
agita el gas y la presioacuten y la temperatura de la subida de CO2 El trabajo y la rueda de paletas real
miacutenimo de trabajo de rueda de paletas por el cual este proceso puede llevarse a cabo son por determinar
Hipoacutetesis 1 En condiciones especificadas CO2 pueden ser tratados como
un gas ideal con especiacutefica constante calienta en el promedio
la temperatura 2 La temperatura ambiente es 298 K
Anaacutelisis (a) La temperatura inicial y final de CO2 son
3579 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(120 kPa) (12 m)
2982 K
(213 kg) (01889 kPa m kg K)
(100 kPa) (12 m)
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
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Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
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= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
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1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
3
3
2 2
2
3
3
1 1
1
=sdot sdot= =
=sdot sdot= =
Sr
P
T
Sr
P
T
V
V
promedio = (1 + 2) 2 = (2982 + 3579) 2 = 328 K ⎯⎯ rarr avg = 0684 kJ kg sdotKTTT cv
El trabajo de rueda de paletas real realizado se determina a partir del balance de energiacutea en el gas CO en el tanque
Tomamos el contenido del cilindro como el sistema Se trata de un sistema cerrado ya que ninguacuten masa entra o
deja El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
pw en (2 1)
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
0
m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W T mc T T
E E E
= Δ = -
- = Δ
v
14243 14243
o
WPW en = (213 kg) (0684 kJ kg sdotK) (3579 a 2982) K = 870 kJ
(B) El miacutenimo de trabajo de rueda de paletas con la que este proceso se puede lograr es el trabajo reversible
que se puede determinar a partir del balance de exergiacutea mediante el establecimiento de la destruccioacuten de exergiacutea igual a cero
rev 2 en 1
en exergiacutea
Cambio
sistema
destruccioacuten
Exergiacutea
0 (reversible)
destruido
por el calor el trabajo y la masa
Transferencia neta exergiacutea
Xin - xout - X = X rarr W = X - X
14243 144424443 14243
1048778
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
() () ()
Media 2 1 0 2 1
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m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
e en 2
2 1 = sdot=
= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
o
2
0
1
o 2
1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
Sustituyendo la relacioacuten exergiacutea sistema cerrado la entrada de trabajo reversible para este proceso se determina a
ser
[]
[]
[]
= 774 kJ
= sdot - - sdot= - - -
= - - - + -
(213 kg) (0684 kJ kg K) (3579 2982) K (2982) (01253 kJ kg K)
() ()
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Media 2 1 0 2 1
rev en 2 1 0 2 1 0 2 1
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m Tc T T s s
W m u u T S S P
v
v 1048778 v
desde
01253 kJ kg K
8-43 Un cilindro aislado inicialmente contiene aire en un estado determinado Un calentador de resistencia dentro del cilindro
estaacute activado y el aire se calienta durante 15 minutos a presioacuten constante La destruccioacuten de exergiacutea durante este proceso es
estar determinado
Supuestos del aire es un gas ideal con calores especiacuteficos variables
Propiedades La constante de los gases del aire es R = 0287 kJ kgK (Tabla A-1)
Anaacutelisis La masa del aire y el trabajo eleacutectrico
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
m
V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
potenciales etc energiacuteas
Cambio en la interna cineacutetica
sistema
por el calor el trabajo y la masa
La transferencia neta de energiacutea
dentro fuera
W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
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30019 15 kJ o
2
e en 2
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= + = + = ⎯⎯ rarr
s
T
m
W
h h
Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
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o
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0
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1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
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- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
hecho durante este proceso son
00418 kg
(0287kPa m kg K) (300 K)
(120 kPa) (003 m)
3
3
1
1 1 =sdot sdot= =
RT
P
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V
Nos hemos t = amp Δ = (-005 kJ s) (5 times 60 s) = -15 kJ
Tambieacuten
T1 = 300 K ⎯⎯ rarr h1 = 30019 kJ kg y s1 = 1 70202 kJ kg sdotK o
El balance de energiacutea para este sistema cerrado estacionario puede expresarse como
e en (2 1)
e en b fuera
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por el calor el trabajo y la masa
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W m h h
W W T
E E E
= -
- = Δ
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14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
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s
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En 249364 170202 079162 o kJ kg K
1
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1
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1
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P
P
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1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
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dentro fuera
S S m s s
S S S S
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14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
E E E
= -
- = Δ
- = Δ
14243 14243
desde U + Wb = H durante un proceso de cuasi-equilibrio de presioacuten constante Por lo tanto
249364 kJ kg K
650 K
65904 kJ kg
00418 kg
30019 15 kJ o
2
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T
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W
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Tambieacuten
En 249364 170202 079162 o kJ kg K
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2
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1
o
2 1 2 sdot = - = - = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛- = - - S s
P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
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sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
gen
por el calor y la masa
Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
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14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
1
o
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P
P
s s s s R
1048778
La destruccioacuten de exergiacutea (o irreversibilidad) asociado con este proceso se pueden determinar a partir de su
definicioacuten Xdestroyed = T0Sgen donde la generacioacuten de entropiacutea se determina a partir de un balance de entropiacutea en el
cilindro que es un sistema cerrado aislado
sistema de generacioacuten (2 1)
en la entropiacutea
Cambio
sistema
generacioacuten
Entropiacutea
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Transferencia neta de entropiacutea
dentro fuera
S S m s s
S S S S
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14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ
= Δ = -
- + = Δ
14243 14243
Sustituyendo
X = destruido T0Sgen = mt0 (s2 - s1) == (300 K) (00418 kg) (079162 kJ kg sdotK) = 99 kJ