PPT 3 SISTEMAS SE MASA DE CONTROL

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20/09/2021
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TERMODINÁMICA
SISTEMAS DE MAS DE CONTROL Y BALANCE DE ENERGÍA 
Dr. ASTUÑAUPA BALVIN VICTOR
vastunaupa@ucvvirtual.edu.pe 
SESIÓN:3 
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INTRODUCCIÓN
En esta sesión veremos el balance de energía de los sistemas termodinámicos cerrados o llamados también masa de control así mismo veremos, su cambio en su energía interna debido a las transferencias de energía en forma de trabajo y calor.
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CAPACIDAD
Aplica el balance de energía en sistema cerrados.
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Sistemas cerrados o masa de control
Fronteras de masa de control
Balance de energía de sistemas cerrados 
CONTENIDO TEMÁTICO
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SISTEMAS CERRADOS O SISTEMAS DE MASA DE CONTROL 
Son aquellos en los cuales no tienen intercambio de flujo de masa a través de sus límites o fronteras al realizar un proceso o procesos.
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FRONTERAS 
RÍGIDAS
MOVILES
ADIABÁTICAS
DIATERMICAS
IMPERMEABLES
NO DEJA PASAR CALOR
NO PERMITEN EL PASO DE SUSTANCIAS 
SI DEJA PASAR CALOR
FRONTERAS DE SISTEMAS DE MASA DE CONTROL
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EJEMPLOS DE DE SISTEMAS DE MASA DE CONTROL
Calorímetro 
Energía de alimentos, calor especifico 
Autoclave 
Microbiología, Medicina, Alimentos, etc 
Neumático 
Cámaras frigoríficas 
Baño termostático 
Atemperar medios de cultivo 
Cámaras de humedad 
Pruebas de estabilidad para cosméticos
alimentos, medioambientales y materiales 
El trabajo total realizado durante el proceso completo a medida que se mueve el émbolo o la frontera móvil , se obtiene sumando los trabajos diferenciales desde los estados inicial hasta el final
TRABAJO REALIZADO POR UNA FRONTERA MOVIL
PROCESO CUASIEQUILIBRIO 
El trabajo es un mecanismo para la interacción de energía entre un sistema y sus alrededores y Wb representa la cantidad de energía transferida, hacia o desde el sistema durante un proceso (expansión o compresión). En un proceso cíclico se tiene el trabajo neto.
motores de automóviles 
gases de combustión
obliga al cigüeñal a girar
En una interacción, la energía puede cambiar de una forma a otra pero su cantidad total permanece constante, es decir, la energía no se crea ni se destruye
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PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA 
El cambio neto (aumento o disminución) de la energía total del sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía total que sale del sistema durante el proceso.
Se conoce como balance de energía y se aplica a cualquier tipo de sistema que experimenta cualquier clase de proceso
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BALANCE DE ENERGÍA PARA SISTEMAS CERRADOS
Se aplicable a cualquier tipo de sistema que experimenta cualquier clase de proceso de modo que se requiere evaluar la energía del sistema al principio y al final del proceso 
El balance de energía para cualquier sistema que experimenta alguna clase de proceso se expresa como
 (kJ)
Transferencia neta de energía por calor, trabajo y masa
Cambio en las energías. Interna, cinética y potencial
Incremento de la energía = Energía en el estado final - Energía en el estado inicial
El balance de energía se puede expresar por unidad de masa, llamado energías especificas. 
El balance de energía se puede expresar en su forma diferencial. 
o
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Como la energía puede ser transferida en las formas de calor, trabajo y masa, y su transferencia neta es igual a la diferencia entre las cantidades transferidas hacia dentro y hacia fuera, el balance de energía se expresa de modo más explícito como: 
BALANCE DE ENERGÍA PARA SISTEMAS CERRADOS
Un sistema cerrado no tiene que ver con ningún flujo másico que cruce sus fronteras, donde por lo que el balance de energía para sistemas cerrados se expresa como:
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Si el estado del sistema no se modifica durante el proceso, el cambio de su energía es cero. 
=
BALANCE DE ENERGÍA PARA SISTEMAS CERRADOS
En un sistema cerrado que experimenta un ciclo, los estados inicial y final son idénticos, entonces, el balance de energía para un ciclo se reduce a
Debido a que un sistema cerrado no tiene ningún flujo másico que cruce sus fronteras, el balance de energía para un ciclo se puede expresar en términos de interacciones de calor y trabajo como
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BALANCE DE ENERGÍA PARA SISTEMAS CERRADOS
La relación del balance de energía para un sistema cerrado se convierte en: 
La variación en energía del sistema se expresa como: 
El balance de energía para un sistema cerrado en general se convierte en: 
cinética
potencial
Para sistemas estacionários EC = EP = 0 , el balance de energía se expresa como: 
 (kJ)
El balance de energía especifica se expresa como
e (kJ/kg)
https://www.youtube.com/watch?v=5iqP1oPZ3Qw
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Ahora la energía en forma de tasa es como: 
BALANCE DE ENERGÍA PARA SISTEMAS CERRADOS
 (kw)
Tasa de transferencia neta de energía por calor, trabajo y masa
Tasa de cambio en las energías. Interna, cinética y potencial
Para tasas constantes, las cantidades totales durante un intervalo de tiempo Δt
El balance de energía para un ciclo en términos de tasa neto se puede expresar como
La relación del balance de energía para un sistema cerrado se convierte en: 
La variación en energía del sistema se expresa como: 
El balance de energía para un sistema cerrado en general se convierte en: 
Ejemplo 1. Un dispositivo sin fricción que consta de cilindro émbolo contiene 10 lbm de vapor a 60 psia y 320 °F. Se transfiere calor al vapor hasta que la temperatura alcanza 400 °F. si el embolo no está unido a una flecha y su masa es constante, determine el trabajo que realiza el vapor durante este proceso.
Solución 1.
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7,4863
8,3548
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Ejemplo 2. 1 kg de agua que al principio está a 90 °C, con 10 por ciento de calidad (saturado), ocupa un dispositivo de cilindro-émbolo con carga de resorte, como el de la figura. Entonces se calienta ese dispositivo hasta que la presión sube hasta 800 kPa, y la temperatura es 250 °C. Calcule el trabajo total producido durante este proceso, en kJ 
Cuando el fluido es agua saturada, la presión y el volumen especifico a 90 °C se determina por tabla A-4, la calidad en el estado inicial se determina con
SOLUCION
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1 
1 
w
w
w
w
w
w
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w
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Ejemplo 3. Un recipiente rígido contiene un fluido caliente que se enfría mientras es agitado por un ventilador. Al inicio, la energía interna del fluido es de 800 kJ, pero durante el proceso de enfriamiento pierde 500 kJ de calor. Por su parte, la rueda realiza 100 kJ de trabajo sobre el fluido. Determine la energía interna final del fluido e ignore la energía almacenada en el ventilador 
Solución 2.
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800 kJ
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Ejemplo 4. En un dispositivo de cilindro-émbolo con carga variable y con una rueda de paletas integrada al cilindro, hay aire. Al principio está a 500 kPa y 27 °C. Entonces se hace girar la rueda de paletas mediante un motor eléctrico externo, hasta que se ha transferido al aire la energía de 50 kJ/kg en forma de trabajo. Durante este proceso se transfiere calor para mantener constante la temperatura del aire, y al mismo tiempo se triplica el volumen del gas. Calcule la cantidad requerida de transferencia de calor, en kJ/kg
Solución 3.
)
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	Código de biblioteca	LIBROS/REVISTAS/ARTÍCULOS/TESIS/PÁGINAS WEB.TEXTO
	536.7/C43a
 	YUNUS &BOLES, Gen gel-Michael. “Termodinámica”. 5ª. Edición. México-Editorial Mc Graw Hill-2006-990 p- ISBN: 970-10-5611-6
	536.7-R7
 	ROLLE, Kart:”Termodinámica”-6ª.Edición-México- Editorial Pearson Educación- 2006- 768 p.- ISBN: 970-26-0757-4
 
	536.7-W26
 	-KENNETH & DONAL, Wark-Richards:”Termodinámica”-6ª- Edición- España-McGraw Hill- 2001- 1048 p.-ISBN: 84-481-2829-X
 
	 	http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.html
 
	 	 https://deisysegura.wordpress.com/fisica-termodinamica/calor/4-e-la-primera-ley-de-la-termodinamica-aplicaciones-de-la-primera-ley/https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/glussac.html
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