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Primera ley de la Termodinámica

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Presentación del tema: "Primera ley de la Termodinámica"— Transcripción de la presentación:

1 Primera ley de la Termodinámica
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Primera ley de la Termodinámica Unidad III

2 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Calor

3 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Calor 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.

4 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 El calor es una manifestación de energía. El calor es una forma de energía. El calor es energía en tránsito

5 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 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

6 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Calor Otras formas de energía calor Principio de conservación de energía: “La energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma”

7 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Calor 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)

8 El calor es energía en tránsito
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 El calor es energía en tránsito

9 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017

10 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Trabajo

11 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Trabajo El producto de una fuerza por un desplazamiento. Manifestación de energía Forma de energía que atraviesa los límites de un sistema Energía en tránsito

12 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Trabajo El trabajo no le pertenece al sistema Es una función de trayectoria Su diferencial es inexacta

13 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Formas de trabajo Mecánicas: Trabajo de frontera móvil Trabajo de eje Trabajo contra un resorte Trabajo gravitacional

14 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Trabajo dW = Fdx Fig. 2 Trabajo contra resorte

15 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Formas de trabajo No mecánicas: Trabajo eléctrico Trabajo magnético

16 Trabajo de frontera móvil
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Trabajo de frontera móvil dW = PdV Para poder resolver la ecuación diferencial anterior se debe conocer la relación funcional que existe entre la presión y el volumen.

17 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Tipos de procesos Isobáricos ( P constante) 1 W2 = P(V2-V1)= mP(v2-v1)

18 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Isotérmicos ( T constante)

19 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Politrópicos ( PVn = C)

20 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Isocóricos o isométricos ( V constante)

21 Trabajo de turbinas hidroeléctricas
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Trabajo de turbinas hidroeléctricas

22 Dirección de flujo de calor y trabajo
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Dirección de flujo de calor y trabajo 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

23 Dirección de flujo de calor y trabajo
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Dirección de flujo de calor y trabajo Si el sistema realiza trabajo el signo será positivo (expansión) Si se realiza trabajo sobre el sistema el signo será negativo (compresión)

24 Dirección del flujo de calor y trabajo
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Dirección del flujo de calor y trabajo W (+) W (-) Q (+) Q (-)

25 Primera ley para sistemas cerrados
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 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 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 1 2 A B C

27 Primera ley para sistemas cerrados
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Primera ley para sistemas cerrados

28 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Energía del sistema 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

29 Primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados.
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados. dQ- dW = dU + dEC + dEP Integrando entre los estados 1 y dos resulta: 1Q2- 1W2 = U2-U1 + EC2-EC1 + EP2-EP1

30 Ecuación general de la energía para sistemas abiertos
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Ecuación general de la energía para sistemas abiertos 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 Conservación de la materia
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Conservación de la materia 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 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 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
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Ecuación general de la energía para sistemas abiertos

34 Ecuación general de la energía para sistemas abiertos
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Ecuación general de la energía para sistemas abiertos

35 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Sistemas abiertos Procesos de estado permanente Procesos de estado no permanente

36 Procesos de estado permanente
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Procesos de estado permanente Estado permanente

37 Procesos de estado no permanente
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Procesos de estado no permanente

38 Procesos de estado permanente
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Procesos de estado permanente

39 Procesos de estrangulamiento:
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Procesos de estrangulamiento: Disminución brusca del área de paso Todos los procesos de estrangulamiento ocurren con una caída de presión.

40 Proceso de estrangulamiento
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Proceso de estrangulamiento Analizando por la primera ley para un volumen de control en un proceso de estado permanente:

41 Proceso de estrangulamiento
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Proceso de estrangulamiento 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.

42 Proceso de estrangulamiento
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Proceso de estrangulamiento hi= he Se tiene un coeficiente llama coeficiente de Joule para el proceso dado por: mj= DP/DT

43 Procesos de estado no permanente
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA Procesos de estado no permanente 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017

44 Volumen específico, flujo volumétrico y flujo másico
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Volumen específico, flujo volumétrico y flujo másico

45 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Caloría y BTU 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.

46 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Caloría y BTU 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.

47 Calores específicos o capacidades caloríficas
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Calores específicos o capacidades caloríficas 1 cal = J = 3.97x10-3 Btu 1 J = cal = 9.48x10-4 Btu 1 Btu = 1055 J = 252 cal

48 Calores específicos o capacidades caloríficas
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Calores específicos o capacidades caloríficas Calor específico: Se define como la cantidad de energía que se requiere para elevar en un grado la temperatura una cantidad unitaria de sustancia.

49 Calores específicos o capacidades caloríficas
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Calores específicos o capacidades caloríficas 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

50 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017

51 Calores específicos o capacidades caloríficas
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Calores específicos o capacidades caloríficas 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

52 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA
23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017

53 Energía interna y entalpía
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPTO. DE INGS. QUÍMICA Y BIOQUIMICA 23/03/2017 M. C. ESTHER SOTO GARCÍA 23/03/2017 Energía interna y entalpía La relación entre la energía interna y la entalpía se muestra a continuación:


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