Un cilindro provisto con un pistón carente de fricción contiene 2kg de R-134a sobrecalentado en forma de vapor a 1 MPa y 100°C. El vapor se enfría de modo que el R-134a permanece a presión constante hasta que alcanza una calidad de 75%. Calcule la transferencia de calor en Kj en el proceso
Respuestas
La cantidad de calor en el proceso del cilindro pistón es de Q = 1.493 kJ
Explicación paso a paso:
La manera para dar solución a este problema es el uso de la primera ley de la termodinámica, la cual establece para un sistema cerrado que:
Q - W = Δu
Inicialmente identificamos los datos de estado:
Estado inicial (Vapor sobrecalentado)
P = 1Mpa
T = 100°C
m = 2kg
Estado final (Mezcla)
P = 1Mpa
X = 0.75
Con los datos iniciales podemos ubicar en la tabla de propiedades termodinámicas del R-134a, las siguientes propiedades:
v1 = 0.02755 m³/kg
u1 = 307.27 kJ/kg
h1 = 334.82 kJ/kg
Sabemos que para el calculo del trabajo, si la presión es constante
W = P (Vf -Vi)
Calculamos el volumen inicial:
Vi = v1*m
Vi = 0.02755 m³/kg * 2kg
Vi = 0.0551 m³
Para el estado final buscamos en la tabla en la seccion de mezcla, obteniendo:
v2 = 0.8695 m³/kg
h2f = 105.29 kJ/kg
h2g = 267.97 kJ/kg
u2f = 104.42 kJ/kg
u2g = 247.77 kJ/kg
Calculamos la energía especifica:
u2 = u2f +X(u2g-u2f)
u2 = 104.42kJ/kg + 0.75(247.77 - 104.42)kJ/kg
u2 = 211.9325 kJ/kg
Calculamos el volumen final
Vf = 0.8695 m³/kg * 2kg
Vf = 1.793 m³
Teniendo ambos volumenes calculamos el trabajo
W = 1000Kpa (1.793 m³- 0.0551 m³)
W = 1683.9 J
Sustituyendo los valores en la ecuación de la primera ley
Q - 1683.9 J = 2kg*(211.9325 kJ/kg - 307.27 kJ/kg)
Q = 1683.9 J -190.675 J
Q = 1493.225 J = 1.493 kJ