2024 1 S2 TERMO FORMAS DE ENERGÍA Y PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA PARTE 1PA nuevo

Universidad de Lima
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Facultad de Ingeniería
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Carrera de Ingeniería Industrial
Carrera de Ingeniería Industrial
Formas de Energía y Primera Ley de la
Formas de Energía y Primera Ley de la
Termodinámica
Termodinámica
PARTE 1
PARTE
1
Profesora:Ing:María
Profesora:Ing:María
Luz cáceres
Luz cáceres
Chumpitaz
Chumpitaz
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Transformando la energía
La turbina mareomotriz más grande del mundo
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Energía
• Capacidad para realizar trabajo.
• La energía se manifiesta de
diversas formas.
• Se almacena dentro de los cuerpos
(sistemas).
• Se transfiere entre cuerpos
(sistemas), entre sistema y
entorno.
• Se convierte de una forma a otra.
¿Qué formas de energía conocemos?
Energía cinética, Energía potencial, Energía nuclear, Energía química.
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Formas de energía
• Energía eólica
• Energía Almacenada (Estáticas)
• Energía Interna (U)
• Energía Potencial (Ep)
• Energía Cinética (Ek)
E = U + Ep + Ek
E=Energía total de un
Sistema
• Energías no almacenadas (Dinámicas, Energía en tránsito )
(Se transfieren)
• Trabajo W
• Calor Q
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Formas almacenadas de la energía:
Energía Interna (U) : Suma de las formas microscópicas de
energía
• En un sistema químico es la suma de las
energías potenciales y cinéticas de los
átomos, iones o moléculas (traslados,
rotaciones, giros)
* Su valor depende de la presión pero
fundamentalmente de la temperatura.
•
U = f (T)
•
No puede medirse en forma
absoluta, más bien los cambios
durante un proceso (ΔU)
E potencial
5
Energía Interna (U) :
Suma de las formas microscópicas de energía
• Energía sensible. Porción de
energía interna asociada a la
energía cinética de las moléculas.
• Energía latente. Porción de
energía interna asociada al estado
de agregación o fase.
• Energía química. Porción de U
asociada a los enlaces atómicos en
una molécula.
• Energía Nuclear. Porción de U
asociada a las fuerzas dentro del
núcleo
• La E. sensible y la E. latente suelen
denominarse formas de energía
térmica
6
Consideraciones sobre la Energía Interna (U)
La energía interna se relaciona también con diversas fuerzas de enlace
Fuerzas de enlace entre
moléculas: más fuerte en
sólidos y líquidos
Energía latente
Para lograr un cambio de
fase -fusión, vaporización- se
debe “romper” las fuerzas
moleculares
Fuerzas de enlace entre
átomos: puede ser iónico
o covalente
Energía química
Durante una reacción
química se “rompen” enlaces
y “se forman” nuevos
enlaces en las moléculas
Fuerzas de enlace entre las
partículas al interior de un
átomo y su núcleo
Energía nuclear
En una reacción nuclear el
átomo pierde su identidad
Formas no almacenadas
Formas dinámicas:
Energía en tránsito o
transmitida
∫ W = W
• Los sistemas intercambian energía con
otros sistemas o con los alrededores
mediante dos formas.
• El trabajo y el calor
• Ambos dependen de la trayectoria
seguida durante el proceso.
• Se representan por áreas en los
diagramas
de
propiedades
termodinámicas (funciones trayectoria)
Q y W.
∫Q = Q
8
Trabajo de frontera (Pistón
movible)
Recordemos:
Trabajo = Fuerza por distancia
P = F/A (Presión= Fuerza/Área)
F dx = PAt dx = W
• Proceso cuasiequilibrio
W = F dx = PAt dx
W = PdV Integrando ∫δW= W
P
V2
W = V1 P.dV
At
dx
P
P1
W=Área bajo la
curva
1
Abajo = W = VV12 P.dV
curva
2
P2
V1
dV
V2
V
9
Proceso cuasi - equilibrio
•
•
Si la presión del sistema es P “casi” igual a
la presión de oposición P, entonces el
movimiento del pistón será lento y
gradual de la misma manera que el
proceso que sigue el sistema, esto significa
que sus propiedades son uniformes en
dicho sistema (no es que sean constantes).
Al trabajo realizado en estas condiciones
se le conoce como TRABAJO REVERSIBLE o
en CUASI-EQUILIBRIO.(Proceso lento)
P presión del sistema
P presión de oposición
10
V2
W = V1 P.dV
Trabajo reversible
•
1.
2.
3.
Es un trabajo ideal, realizado por un sistema que está
“en equilibrio” con el entorno. Para que esto ocurra, se
debe cumplir:
Que la presión en el sistema sea uniforme en todas sus
partes .
Que no haya fricción entre el pistón y el cilindro.
Que el proceso ocurra lentamente para que la presión
del sistema sea casi igual a la presión de oposición.
P
El Trabajo está representado por el
área bajo la curva
1
2
W
V 11
Calor (Energía en transito)
•
•
El flujo de calor tiene lugar
cuando existe una
diferencia de temperatura
entre dos sistemas o el
sistema y su entorno.
La transferencia de calor
ocurre en la dirección del
descenso de temperatura.
10°C
50°C
Flujo de calor
Función Punto
• Las propiedades del sistema son denominadas
funciones punto , sus valores no dependen de la
trayectoria seguida por el sistema durante un
proceso.
• En los diagramas las propiedades (del sistema)
representan un punto.
• Son funciones punto:
• P presión Kpa
• T Temperatura K
• V volumen m3
• U energía interna kJ
• H Entalpía kJ
• S Entropía kJ/ K
• Estas propiedades nos permiten definir el estado
del sistema
P
1
P1
2
P2
V1
V2 V
H
H1
1
2
H2
S1
S2
S
13
Dependen del camino o proceso.
Q (Calor) y W (Trabajo)
Funciones trayectoria
Calor y Trabajo,
Q
W
T
T1
P
1
P1
2
2
T2
Representada
por áreas
1
P2
W
Q
S1
S2
Q=Q
S
V1
V2 V
W= W
Función punto: Dependen del inicio y final
Representada
por puntos:
T,P,H,V,S
dT
dS
ΔT = dT
dP
dV
Δ P = dP
ΔT =T2-T1
Cambio total
=P2-P1
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Entalpía (H)
• Es una función de estado de la termodinámica donde la
variación permite expresar la cantidad de calor puesto en
juego durante una transformación isobárica.
H = U + PV
• Se representa esta magnitud con la letra H y se la mide
en julios (J).
• Es una propiedad extensiva, depende de la masa.
Δ H =ΔU + Δ PV
• Como función de estado su valor depende del estado inicial y final.
15
Combinaciones de calor y trabajo para calentar agua
16
OTRAS FORMAS DE TRABAJO
Trabajo Eléctrico
• Trabajo Eléctrico
Se transmite a partir de una fuente
de energía eléctrica.
W eléctrico = V I t
• V: voltaje (voltios)
• I : intensidad de corriente (amperios)
• t: tiempo (segundos)
• P : Potencia Watt
Es la velocidad a la cual se realiza el
trabajo
Weléctrico : Trabajo eléctrico (Joule)
(-)
P = Weléctrico/ t
17
OTRAS FORMAS DE TRABAJO
Trabajo de eje (Trabajo de flecha)
• Es el trabajo que se
transmite a través de
un eje que gira
Weje= 2πnΤ
Τ=Fr
T: Momento de torsión (N.m)
n: número de revoluciones (RPS)
Peje: Watt
Weje :Trabajo de eje (Joule) ( - )
t (segundos)
P = Weje / t
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Fuentes de información
1. Cengel, Y. A. (2015). Termodinámica. 8ª. Edición. México: McGraw-Hill. Código
Biblioteca U. Lima: 621.4021 C43 2012.
https://www.mheducation.com/highered/product/thermodynamics-engineeringapproachcengel-boles/M9781259822674.html
Version ebook libro 5ta edicion en biblioteca ulima:
https://ebookcentral.proquest.com/lib/bibudlimasp/detail.action?docID=4499007
2. Morán, M., & Shapiro, H. (2004). Fundamentos de Termodinámica Técnica. 2ª.
Edición. Barcelona: Editorial Reverté. Código Biblioteca U. Lima: 536.7 M79 2004.
https://www.reverte.com/libro/fundamentos-de-termodinamica-tecnica-2ed_89212/
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