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Unidad III 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 1. 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 2.

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1 Unidad III 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 1

2 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 2

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. 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 3

4 El calor es una manifestación de energía. El calor es una forma de energía. El calor es energía en tránsito 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 4

5 El calor no le pertenece a sistema Es una función de trayectoria Se representa como Q (diferencial inexacta) El calor se identifica en las fronteras del sistema 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 5

6 Otras formas de energía calor Principio de conservación de energía: La energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 6

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) 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 7

8 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 8

9 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 9

10 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 10

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 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 11

12 El trabajo no le pertenece al sistema Es una función de trayectoria Su diferencial es inexacta 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 12

13 Mecánicas: Trabajo de frontera móvil Trabajo de eje Trabajo contra un resorte Trabajo gravitacional 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 13

14 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 14 Fig. 2 Trabajo contra resorte W = Fdx

15 No mecánicas: Trabajo eléctrico Trabajo magnético 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 15

16 W = PdV Para poder resolver la ecuación diferencial anterior se debe conocer la relación funcional que existe entre la presión y el volumen. 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 16

17 Isobáricos ( P constante) 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 17 1 W 2 = P(V 2 -V 1 )= mP(v 2 -v 1 )

18 Isotérmicos ( T constante) 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 18

19 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 19

20 Isocóricos o isométricos ( V constante) 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 20

21 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 21

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 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 22

23 Si el sistema realiza trabajo el signo será positivo (expansión) Si se realiza trabajo sobre el sistema el signo será negativo (compresión) 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23

24 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 24 Q (+) Q (-) W (+) W (-)

25 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 25 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 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA A B C

27 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 27

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 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 28

29 Q- W = dU + dEC + dEP Integrando entre los estados 1 y dos resulta: Q 2 - W 2 = U 2 -U 1 + EC 2 -EC 1 + EP 2 -EP 1 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 29

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 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 30

31 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 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.

32 Conservación de la energía La primera ley de la termodinámica se puede escribir como una razón de cambio con respecto al tiempo. 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 32

33 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 33

34 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 34

35 Procesos de estado permanente Procesos de estado no permanente 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 35

36 Estado permanente 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 36

37 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 37

38 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 38

39 Disminución brusca del área de paso Todos los procesos de estrangulamiento ocurren con una caída de presión. 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 39

40 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 40 Analizando por la primera ley para un volumen de control en un proceso de estado permanente:

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. 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 41

42 hi= he Se tiene un coeficiente llama coeficiente de Joule para el proceso dado por: j= P/ T 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 42

43 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 43

44 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 44

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. 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 45

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. 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 46

47 1 cal = J = 3.97x10-3 Btu 1 J = cal = 9.48x10-4 Btu 1 Btu = 1055 J = 252 cal 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 47

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. 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 48

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 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 49

50 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 50

51 Calor específico a presión constante: Se define como la cantidad de energía que se requiere para elevar en un grado la temperatura una cantidad unitaria de sustancia a presión constante, Cp 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 51

52 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 52

53 31/12/2013M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 53 La relación entre la energía interna y la entalpía se muestra a continuación:


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