En un recipiente, de paredes adiabáticas, se mezclan 300 [g] de vapor de agua a 100 [°C] con el
doble de hielo a 0 [°C). Sabiendo que el experimento se realiza a nivel del mar y que se alcanza el
equilibrio térmico, determine:
a) La temperatura de la mezcla.
b) La masa de hielo, líquido y vapor.
Respuestas a la pregunta
En el sistema termodinámico, el recipiente de paredes adiabáticas al alcanzar el equilibrio térmico:
a) La temperatura de la mezcla, Tequilibrio = 100ºC
b) La masa de hielo, líquido y vapor son : mhf= 0 g
La temperatura de la mezcla y la masa de hielo, líquido y vapor se calculan en base a que el sistema termodinámico compuesto por contenido del recipiente de paredes adiabáticas y es un sistema aislado planteado de la siguiente manera :
mv= 300 g (masa que originalmente era vapor)
Tiv= Teb= 100 ºC
mh = 2mv =600 g ( masa que originalmente era hielo )
Tih= Tfus= 0ºC
Como es un sistema aislado: Qh +Qv = 0
Si la Tequilibrio = 100ºC , entonces:
mh*hfus + nh*cL*(Teb-Tfus)+ ( -mvc*heb) =0
donde: mvc = masa de vapor que se condensa.
por lo tanto:
mvc= mh*[ hfus + cL*(Teb-Tfus)]/heb
mvc= 600g*[333*103 J/Kg + 4186 J/KgºC *(100-0)ºC ]/2257*103 J/seg
mvc= 199.8 g ≈ 200g
como mvc ∠ mv , entonces queda una mezcla de liquido vapor a 100ºC , Tequilibrio = 100ºC a)
b) masa de líquido final : mLf = mh +mvc = 600g +200g = 800g
masa del vapor final : mvf= mv -mvc = 300 g -200 g = 100g
masa de sólido final : mhf= 0 g