Termodinámica Ppt 02 Energía Transf

8/16/2019 Termodinámica Ppt 02 Energía Transf

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ENERGÍA – TRANSFERENCIA DE LA

ENERGÍA Termodinámica

Semana 2

Profesor: Ing. J. Marcelo Mamani Q.


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El estudiante conoce y comprende el enunciado de la primera ley de la

termodinámica. Explica casos o situaciones practicas mediante esta ley.

El estudiante aplica un balance de energía (primera ley de la termodinámica)para determinar el valor de las distintas formas de energía o una magnitudrelacionada, presentes en un proceso que experimenta un sistema.

Logro de la sesión


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La energía total de un sistema (E) se compone de distintas formas de energía:

potencial, cinética, eléctrica, magnética, térmica, mecánica, química y nuclear.No podremos determinar el valor de la energía total del sistema, pero sideterminar cambios en ella, es decir en cuanto aumenta o disminuye.

Podemos tener dos grupos de formas de energía, las microscópicas que se

relacionan con la estructura molecular del sistema (energía interna, U) y lasmacroscópicas, relacionadas con el movimiento del sistema y la influencia defactores externos como la gravedad, el magnetismo, la electricidad y la tensiónsuperficial.

Formas de energía


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Energía cinética: (kJ)

Energía potencial: (kJ)

Los efectos magnético, eléctrico y de tensión superficial son significativos solo

en casos especiales y en general se ignoran, por tanto la energía total del sistemase expresa como:(kJ)

Para sistemas cerrados que son estacionarios, los cambios de su energía totalΔE serán iguales a los cambios de su energía internaΔU.

Ahora, en la mayoría de procesos industriales, se tiene que ver con flujos defluídos (volúmenes de control), entonces nos conviene expresar el flujo deenergia, relacionada al flujo de fluído, como una tasa,Ė (kJ/s o kW)

Formas de energía


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Comprendamos un poco mejor la energía interna…

Las moléculas se mueven con cierta velocidad, por tanto poseen algunaenergía cinética. Para los gases, esta energía cinética se debe a la traslación yrotación, y a elevadas temperaturas el movimiento vibratorio se vuelve mássignificativo.

Esta parte de la energía interna que se relaciona con la energía cinética de lasmoléculas se llama energía sensible.

Otra parte de la energía interna se relaciona con fuerzas de enlace entre lasmoléculas, con lo cual se determina la fase de una sustancia (sólido, líquido ygas). Energía latente.

Formas de energía


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Otra parte de la energía interna la constituye la energía química (enlaces

atómicos) y la energía nuclear.

Todas las energías explicadas, que constituyen la energía total del sistema,pueden estar contenidas en el sistema.

Se tiene otras energías que no pueden ser contenidas en el sistema, sólo se

transfieren: calor y trabajo. Para un sistema cerrado estas son las formas detransferencia de energía.

Para un volumen de control la transferencia de energía también se da portransferencia de masa.

Formas de energía


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La energía mecánica es toda forma de energía que puede convertirse

completamente en trabajo mecánico de modo directo por medio de undispositivo mecánico como una turbina ideal. Son ejemplos de ella la energíacinética y potencial.

Para fluidos en movimiento, la presión del fluido se relaciona con la energía

mecánica del mismo. La presión no es una forma de energía, pero una fuerzade presión que actúa sobre un fluido a través de una distancia produce trabajo,en este caso, trabajo de flujo (P/ρ ). Se tiene entonces la energía mecánica deun fluido en movimiento por unidad de masa:

(kJ/kg)

Formas de energía


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En termodinámica, el calor (Q) es energía que sólo se reconoce cuando se

transfiere, no puede almacenarse o guardarse en el sistema.

Los procesos adiabáticos se dan cuando el sistema esta bien aislado o cuandoel sistema y los alrededores están a la misma temperatura.

El calor se transfiere mediante tres mecanismos:

Transferencia de energía: calor


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Si la energía transferida no es calor entonces debe ser trabajo (W). Está

relacionado con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia. El trabajorealizado por unidad de tiempo se llama potencia ( Ẇ ).

El trabajo es función de la trayectoria, es decir, su cantidad depende de latrayectoria del proceso.

Transferencia de energía: trabajo


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Las formas de trabajo mecánico se relaciona con el movimiento de la frontera

de un sistema o el propio movimiento sistema como un todo.

Trabajo de frontera móvil

Trabajo de flecha

Trabajo hecho para elevar o acelerar un cuerpo

Trabajo de resorte Trabajo hecho sobre barras sólidas y elásticas Trabajo estiramiento película líquida

Dentro de las formas no mecánicas de trabajo destaca el trabajo eléctrico,trabajo magnético y el trabajo de polarización eléctrica.

Transferencia de energía: trabajo


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También conocida como el principio de conservación de la energía y establece

que la energía no se puede crear ni destruir durante un proceso, solo puedecambiar de forma. Nos permite relacionar las diversa formas de energía quehan sido tratadas hasta aquí.

La expresamos como un balance: El cambio neto en la energía total del

sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la energía total queentra y la energía total que sale del sistema durante el proceso.

Ahora el cambio de energía total de un sistema durante un proceso se puede

determinar evaluando la energía del sistema al principio y final del proceso. Esuna propiedad del sistema y depende solo de su estado.

La primera ley de la termodinámica


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Se ha tratado las diversas formas de energía que constituyen la energía total

del sistema E. En ausencia de efectos eléctricos, magnéticos y de tensiónsuperficial, se tiene para el cambio de E:

En la mayoría de casos prácticos los sistemas no tienen que ver con cambiosen su velocidad o elevación durante un proceso:

La energía sólo se transfiere hacia o desde el sistema en tres formas: CALOR , TRABAJO o FLUJO MASICO. Si el sistema es cerrado sólo calor y trabajo.

¿Cómo queda esta ecuación para un sistema cerrado queexperimenta un ciclo?

La primera ley de la termodinámica


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Un tanque rígido contiene un fluido caliente que se enfría mientras es agitado

por rueda de paletas. Al inicio, la energía interna del fluido es de 800 kJ decalor, pero durante el proceso de enfriamiento pierde 500 kJ. Por su parte larueda produce 100 kJ de trabajo sobre el fluido. Determine la energía internafinal del fluido.

Ejemplo


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¿Qué sucederá con la temperatura promedio del aire en el interior de la

habitación bien aislada con la refrigeradora en funcionamiento? Justifique surespuesta empleando la primera ley de la termodinámica.

Ejemplo


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1. CENGEL, Yunus y BOLES, Michael. Termodinámica . México DF: Mc

Graw Hill, 2006.2. VAN WYLEN, Gordon, SONNTAG, Richard. Fundamentos determodinámica . Madrid: Limusa Wiley, 2003.

Tenga siempre presente que los estudiantes deben traer siempre:

- Calculadora científica- Útiles de escritorio- Tablas termodinámicas – factores de conversión

Muchas gracias

Bibliografía

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