1) Estado transitorio. Ecuación de la primera ley ce la termodinámica que lo rige e importancia a nivel industrial.

La ecuación de la primera ley de la termodinámica establece en su forma general:

E1−E2=Q1,2+W 1,2

Pero esta no es la formula Desarrollaremos Ecuación de la primera ley ce la termodinámica que lo rige e importancia a nivel industrial a continuación cuando el tanque se evacua inicialmente en un estado transitorio o estado no estacionario:

Pero antes desarrollaremos algunos puntos importantes proceso de carga para el estado transitorio:

El proceso de flujo no estacionario o estado transitorio es comúnmente difícil de analizar por qué las propiedades de la masa en las entradas y las salidas pueden cambiar en el proceso. Sin embargo, la mayor parte de los flujos no estacionarios se pueden representar razonablemente bien mediante procesos de flujo uniforme.

A diferencia de los procesos de flujo estacionarios, el estado de uno no estacionario podría cambiar con el tiempo; y que el estado de la masa que sale del volumen de control en cualquier instante es el mismo que el de la masa en el volumen de control en ese instante.

Entonces podemos decir que para un flujo uniforme:

(Qentrada+W entrada+ ∑entrada

mθ)−(Q salida+W salida+ ∑salida

mθ )=(m¿¿2 e2−m1e1)¿

Ver figura (1)

Donde θ=h+ec++epes la energía de una corriente de fluido en alguna entrada o salida por unidad de masa, y e=u+ec+ep es la energía en el fluido estático dentro del volumen de control por unidad de masa. Cuando los cambios de energía cinética y potencial relacionados con el volumen de control y las corrientes de fluido son insignificantes, como sucede normalmente, la formula queda expresada de la siguiente manera:

Q−W =∑Salida

mh− ∑entrada

mh+¿

Esta es la fórmula de la primera ley de la termodinámica para un estado transitorio o flujo no estacionario. Donde Q=Q netto , entrada=Qentrada−Q salida es la entrada neta de calor y W neto , entrada=W salida−W e ntrada es la salida nata de trabajo. Nota si no entra ni sale masa del

bolunmen de control durante un proceso (mi=me=0 y m1=m2=m), esta ecuación se reduce

para sistemas cerrados (figura (1)). Observado también que un sistema de flujo no estacionario puede haber trabajo de frontera así como trabajo eléctrico y de flecha ver figura (2)

La importancia a nivel industrial de la primera ley de la termodinámica es que no permite realizar estudios de caso ya sea a tanques, refrigeradores, turbinas, calderas, motores, ventiladores, calentadores, globos de aire se la pueden realizar estudios de cuanto calor puede tener entrar o salir del sistema calcular el trabajo la masa que entra a estos sistemas ya nombrados es por esto la importancia de esta lay a nivel industrial desde mi punto de vista

Además de la importancia que tiene la termodinámica en el análisis de motores automotrices, cohetes, motores de avión, plantas de energía convencional y nuclear, colectores solares, el diseño de todo tipo de vehículos de carros hasta aviones. Además de su uso en los hogares para los sistemas de calefacción y aires acondicionados por nombrar algunas áreas donde la termodinámica es primordial.

2) Ecuación de balance de masa y balance de energía si el tanque si esta vacio inicialmente.

Primero la ecuación general del balance de masa:

mentrada−msalida=∆ msalida

m =masa

Donde mentrada−msalida=∆ msalida es el cambio en la masa del sistema. Para volúmenes de control, también se pueden expresar de manara mas explicita como.

Entonces: mi−me=( m2−m1 )vc

Donde i= entrada, e= salida, 1= estado inicial y 2= estado final del volumen de control. Con frecuencia uno o más términos son cero por ejemplo mi = 0 si durante el proceso no entra masa al volumen de control; me= 0 si no sale masa y m1=0 si al inicio se evacua el volumen de control.

Desarrollaremos a continuación la formula de balance de la masa cuando el tanque se evacua inicialmente en un estado transitorio o estado no estacionario:

∑ miniciales=∑ mfinales

Entonces decimos que:

m1+mi=m2+mf

Por lo tanto decimos que:

mi=m2

Ecuación general del balance de energía:

Dice que: ∑ energiasinicales=∑ energias finales

Desarrollaremos a continuación la formula de balance de energía cuando el tanque se evacua inicialmente en un estado transitorio o estado no estacionario:

mi hi+m1u1=mf hf +m2

Por lo tanto decimos que:

mi hi=m2u2⟹mi=m2

Por lo tanto la expresión queda simplificada de la siguiente manera:

hi=u2

Donde cada e

h= entalpia especifica en kJ/kg

hi=entalpiainicial y hf =ental pias finales

m= masa en kg

mi=masa entrada y m2=masa salida

m1: masa enel estadoinicial y m2Masa en el estado final

u= energía interna especifica en kJ/kg

u=energia inerna enel estado final

3) Ejercicio de aplicación:

Un recipiente rígido, aislado, que al inicio se evacúa, está conectado mediante una válvula a una línea de suministro que lleva vapor de agua a 1 MPa Y 300 ºC. Se abre la válvula y se permite que el vapor fluya de manara lenta al recipiente hasta que alcanza la presión de 1 MPa, punto en el que se cierra la válvula. Determine la temperatura final del vapor en el recipiente.

Datos:

Pi=1 MPa

T i=300 ºc

P2=1 MPa

Como este es un proceso que se vacía el tanque inicialmente decimos que:

Decimos que el balance de masa es:

∑ miniciales=∑ mfinales

Entonces decimos que:

m1+mi=m2+mf

Por lo tanto decimos que:

mi=m2

Balance de energía decimos que:

∑ energiasinicales=∑ energiasfinales

mi hi+m1u1=mf hf +m2

Por lo tanto decimos que:

mi hi=m2u2⟹mi=m2

dado queW=Q=0. ec≅ ep≅ 0 ,m1=0

De la combinación de los balances de masa y de energía obtenemos que

hi=u2

Es decir, la energía interna final del vapor de agua en el recipiente es igual a la entalpia del vapor que entra en el recipiente.

Decimos que:

Pi=1 MPah i=3051.6kJkg

por ( tabla A−6)

T i=300 ºc

Que es igual a u2. Como se conocen dos propiedades en el final, esta se encuentra especificada y su temperatura se determina de la misma tabla como:

P2=1 MPaT2=456.1 ° c

u2=3051.6kJkg

Una botella evacuada de 8 L está rodeada por la atmosfera a 100kPa y 17 °C. Entonces se abre una válvula en el cuello de la botella y se deja entrar aire a ella. El aire en la botella termina por llegar al equilibrio térmico con la atmosfera, como resultado de la transferencia de calor a la pared. La válvula permanece abierta durante el proceso, para que el aire en el interior también llegue al equilibrio mecánico con la atmosfera. Determine la transferencia neta de calor a través de la pared de la botella, durante el proceso de llenado.

Datos

T 2=17 °C T (° K )=17 °C+273=290°

V=8 L ;V=0.008 m3

P2=100 KPa

T i=T 2

Hipótesis 1 Este es un proceso inestable ya que las condiciones dentro del dispositivo están cambiando durante el proceso, pero puede ser analizada como un proceso uniforme, ya que el estado de flujo de fluido en la entrada sigue siendo constante. 2 El aire es un gas ideal con calores específicos variables. 3 energías cinética y potencial son despreciables. 4 No hay interacciones tareas realizadas. 5 La dirección de la transferencia de calor es el aire en la botella (se verificado). Propiedades La constante de los gases del aire es 0,287 kPa.m3/kg.K (cuadro A-1). Análisis Tomamos la botella como el sistema, que es un volumen de control de masas ya cruzar la frontera. Tomando nota de que las energías que fluyen y microscópicas de los líquidos nonflowing están representados por h entalpia y u la energía interna, respectivamente, la masa y balances de energía para este sistema uniforme de flujo puede ser expresado en:

Balance de masa:

∑ miniciales=∑ mfinales

Entonces decimos que:

m1+mi=m2+mf

Por lo tanto decimos que:

mi=m2

Balance de energía decimos que:

∑ energiasinicales=∑ energiasfinales

mi hi+m1u1=mf hf +m2

Por lo tanto decimos que:

Qinicial+mih i=m2u2

por queW ≅ E finames≅ Einiciales=ec ≅ ep=0 ,m1=0

Combinando ambas formulas tenemos que:

Qinicial=m2(u2−hi)

Donde:

m2=P2V

R T 2

=(100 KPa ) .(0.008 m3)

(0.087KPa .m3

kg . K )(290 K )=0.0096 Kg

T i=T 2=290 K por tabla A−17 decimos que :

hi=290.16kJkg

u2=206. 91kJkg

Sustituyendo:

Qinicial=(0.0096 kg ) (206.91−290.16 ) kJkg

=−0.8 kJ

O podemos decir que:

Qfinla o enla salida=0.8 kJ

Discusión El signo negativo de la transferencia de calor indica que la dirección asume que está mal. Por lo tanto cambiamos de signo.

4) Aplicación a nivel industrial:

La aplicación a nivel industrial de los sistemas de los procesos de carga para un volumen de control para los dos casos estudiados en los dos modelos de trabajo es el siguiente en las empresas de llevado de bombonas de gas se da mucho el proceso de carga de un recipiente con el producto en este caso es el gas. También en lo que son los tanques que posean cualquier empresa ya sea de agua o cualquier producto químico estos poseen sistemas de llenado de los mismos con un sistema que permite medir el flujo o volumen de producto que se está cargando o descargando además de medidores de nivel como son medidores de presión.

Lo que son las caldearas también son ejemplos industriales de la importancia de este tema yo que se pueden realizar estudios del calor el trabajo que realizan estos aparatos por nombrar algunos ejemplos.

Bibliografía:

Libro de termodinámica Cengel (2010) [pagina Web en línea] disponible en:

http://www.taringa.net/posts/ebooks-tutoriales/3702910/Termodinamica-Yunus-

Cengel-edicion-6.html.

Solucionario 6 ed termodinámica Yunus Cengel (2010) [pagina Web en línea] disponible

en: http://www.taringa.net/posts/ebooks-tutoriales/4098390/Solucionario-6-ed-termodinamica-yunus-cengel.html.

Descarga directa del Solucionario 6 ed termodinámica Yunus Cengel (2010) [pagina Web en línea] disponible en: http://www.megaupload.com/?d=RSMZSMXH

Descarga directa del libro termodinámica Yunus Cengel (2010) [pagina Web en línea]

disponible en: http://www.megaupload.com/?d=S7TLIBAN.

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Barquisimeto, mayo del 2010