Primera ley de la Termodinámica

1. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Unidad III Primera ley de la Termodinámica

2. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Calor

3. Forma de energía que se transfiere desde un cuerpo de alta temperatura a uno de baja temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Calor

4. El calor es una manifestación de energía. El calor es una forma de energía. El calor es energía en tránsito M. C. ESTHER SOTO GARCÍA

5. El calor no le pertenece a sistema Es una función de trayectoria Se representa como dQ (diferencial inexacta) El calor se identifica en las fronteras del sistema M. C. ESTHER SOTO GARCÍA

6. Otras formas de energía calor Principio de conservación de energía: “La energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma” M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Calor

7. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo (principio de funcionamiento de un refrigerador) M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Calor

8. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA El calor es energía en tránsito

9. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA

10. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Trabajo

11. El producto de una fuerza por un desplazamiento. • Manifestación de energía • Forma de energía que atraviesa los límites de un sistema • Energía en tránsito M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Trabajo

12. El trabajo no le pertenece al sistema Es una función de trayectoria Su diferencial es inexacta M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Trabajo

13. Mecánicas: Trabajo de frontera móvil Trabajo de eje Trabajo contra un resorte Trabajo gravitacional M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Formas de trabajo

14. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Trabajo dW = Fdx Fig. 2 Trabajo contra resorte

15. No mecánicas: Trabajo eléctrico Trabajo magnético M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Formas de trabajo

16. dW = PdV Para poder resolver la ecuación diferencial anterior se debe conocer la relación funcional que existe entre la presión y el volumen. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Trabajo de frontera móvil

17. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Tipos de procesos • Isobáricos ( P constante) 1 W2 = P(V2-V1)= mP(v2-v1)

18. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA • Isotérmicos ( T constante)

19. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Politrópicos ( PVn = C)

20. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA • Isocóricos o isométricos ( V constante)

21. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Trabajo de turbinas hidroeléctricas

22. Si el calor fluye del sistema a los alrededores su signo convencional será negativo Si el calor fluye hacia el sistema desde los alrededores será positivo M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Dirección de flujo de calor y trabajo

23. Si el sistema realiza trabajo el signo será positivo (expansión) Si se realiza trabajo sobre el sistema el signo será negativo (compresión) M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Dirección de flujo de calor y trabajo

24. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Dirección del flujo de calor y trabajo W (+) W (-) Q (+) Q (-)

25. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Primera ley para sistemas cerrados Considere un sistema que pasa por dos ciclo por trayectorias distintas: De 1 A hasta el estado 2B y desde 2B hasta 1B De 1 A hasta el estado 2C y desde 2C hasta 1C Y utilizando la ecuación de conservación de energía: J§Q = §W Donde: J equivalente mecánico de trabajo

26. A 2 B C 1 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA

27. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Primera ley para sistemas cerrados

28. dE representa la variación de la energía del sistema. Lo anterior indica que la energía del sistema puede variar por transferencia de energía, en forma de calor o de trabajo. dE es la suma de las energías del sistema, dU, dEC y dEP M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Energía del sistema

29. dQ- dW = dU + dEC + dEP Integrando entre los estados 1 y dos resulta: 1Q2- 1W2 = U2-U1 + EC2-EC1 + EP2-EP1 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados.

30. Volumen de control: Sistema que permite el intercambio de materia y energía con los alrededores. Superficie de control Separa al volumen de control de los alrededores M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Ecuación general de la energía para sistemas abiertos

31. Si la masa dentro del volumen de control cambia con el tiempo es porque se agrega o se quita una cierta cantidad de masa. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Conservación de la materia

32. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Conservación de la energía • La primera ley de la termodinámica se puede escribir como una razón de cambio con respecto al tiempo.

33. Ecuación general de la energía para sistemas abiertos M. C. ESTHER SOTO GARCÍA

34. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Ecuación general de la energía para sistemas abiertos

35. Procesos de estado permanente Procesos de estado no permanente M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Sistemas abiertos

36. Estado permanente M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Procesos de estado permanente

37. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Procesos de estado no permanente

38. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Procesos de estado permanente

39. Disminución brusca del área de paso • Todos los procesos de estrangulamiento ocurren con una caída de presión. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Procesos de estrangulamiento:

40. Analizando por la primera ley para un volumen de control en un proceso de estado permanente: M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Proceso de estrangulamiento

41. Transferencia de calor despreciable No se realiza trabajo La diferencia de altura a la estrada y la salida es igual a cero, EP=0 La energía cinética es despreciable en comparación con las energías térmicas. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Proceso de estrangulamiento

42. hi= he Se tiene un coeficiente llama coeficiente de Joule para el proceso dado por: mj= DP/DT M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Proceso de estrangulamiento

43. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Procesos de estado no permanente

44. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Volumen específico, flujo volumétrico y flujo másico

45. Caloría: símbolo cal, se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius desde 14.5º C a 15.5º C. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Caloría y BTU

46. La unidad de calor en el sistema inglés se llama Unidad térmica británica, (Btu), definida como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Farenheit de 63º F a 64º F. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Caloría y BTU

47. 1 cal = 4.186 J = 3.97x10-3 Btu 1 J = 0.239 cal = 9.48x10-4 Btu 1 Btu = 1055 J = 252 cal M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Calores específicos o capacidades caloríficas

48. Calor específico: Se define como la cantidad de energía que se requiere para elevar en un grado la temperatura una cantidad unitaria de sustancia. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Calores específicos o capacidades caloríficas

49. Calor específico a volumen constante: Se define como la cantidad de energía que se requiere para elevar en un grado la temperatura una cantidad unitaria de sustancia a volumen constante, Cv M. C. ESTHER SOTO GARCÍA Calores específicos o capacidades caloríficas

50. M. C. ESTHER SOTO GARCÍA