Question

En su estado inicial, un sistema de cilindro/pistón contiene inicialmente 1 kg de
vapor sobrecalentado a 5 bar y 200°C. Ahora el vapor pierde calor con el entorno y el pistón se mueve hacia abajo hasta llegar a dos topes quedando un cilindro de volumen fijo. El proceso de enfriamiento continúa hasta que el cilindro contiene una mezcla saturada a 2,5 bar y con un título de 0,3. Determinar:
a) Las variables termodinámicas del estado inicial (T; P; v y u). Indica la fase del estado y la tabla utilizada
b)La variación de energía interna del proceso
c) El trabajo intercambiado por el sistema si en este proceso el calor perdido por el
sistema es de 750 kJ

Answer 1

a) Estado inicial del sistema termodinámico las variables son:

volumen del gas  es  0.4249 m3/kg

 energía interna  es  2642.9 KJ/kg,

 presión es 0.50 MPa  

temperatura es  200°C

La fase  inicial es vapor sobre-calentado

la tabla usada es la A-3 en el S.I.

b)  Variación de energía interna  de proceso es  -1507.17 KJ/kg

c)  El trabajo intercambiado por el sistema  es 2257.17 KJ/kg

Explicación: Datos

m= 1 kg

vapor sobrecalentado

p1=5 bar

T= 200 °C

a) Fase  inicial vapor sobrecalentado  tabla de vapor A-3 del S.I. se leen las variables:  

Temperatura 200 °C

p1= 0.50 MPa

volumen  gas =0.4249 m3/kg

energía interna gas= 2642.9 KJ/kg

b) Estado final  Mezcla saturada

p 2 =2.5 bar*100 KPa= 250 Kpa =0.250 MPa

calidad o titulo= x=0.30

Para fase mezcla saturada usar Tabla A-2 del S.I. y leer:

energía interna de liquido saturado= uf= 535.10 KJ/kg

energía interna de vapor saturado= 2537.2  KJ/kg

energía interna ufg= 2002.1 KJ/kg

Calcular energía interna de la mezcla:

umzc = uf+x* ufg

umzc = 535.10 KJ/kg + (0.30)* 2002.1 KJ/kg

umzc= 1135.73 KJ/kg

Calcular  Variación de energía interna del proceso

Δu= u2-u1

Δu= 1135.73  KJ/kg -  2642.9 KJ/kg =  -1507.17 KJ/kg.

El signo negativo significa el calor desprendido por el proceso de enfriamiento

c) Calcular trabajo w intercambiado por sistema

Q cedido= 750 KJ

q cedido= Q cedido/m

q cedido= 750 KJ/ 1 kg= 750 KJ/kg

Aplicar  Primera ley de la termodinámica

q-w = Δu

q- Δu = w

Sustituyendo

w=  750 KJ/kg - (-1507.17 KJ/kg)

w= 750 KJ/kg +1507.17 KJ/kg = 2257.17 KJ/kg

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