analisis de energia de sistemas cerrados

04/03/2013

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Objetivos:
• Examinar el trabajo de frontera móvil o trabajo P dV que se encuentra
comunmente en los dispositivos reciprocantes como motores de
automóviles y compresores.
• Identificar la primera ley de la termodinámica como un enunciado del
principio de conservación de la energía para sistemas cerrados (masa fija)
• Desarrollar el balance general de la energía aplicado asistemas cerrados.
• Definir el calor específico a volumen constante y el calor específico a
presión constante.
• Relacionar los calores específicos con el cálculo de cambios de la energía
interna y la entalpía de los gases ideales.
• Describir sustancias incompresibles y determinar los cambios en su
energía interna y entalpía.
• Resolver problemas de balance de energía para sistemascerrados, que
tienen que ver con interacciones de calor y trabajo para sustancias puras
en general, gases ideales y sustancias incompresibles.
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TRABAJO DE FRONTERA MÓVIL
Trabajo de frontera móvil (P dV trabajo):
El trabajo de expansión y compresión en un
dispositivo cilindro-émbolo.

Proceso de cuasiequilibrio
Un proceso durante el cual el
sistema permanece cercano alequilibrio todo el tiempo.
Wb es positivo  para expansión
Wb es negativo  para compresión

Un gas realiza una
cantidad diferencial
de trabajo Wb
cuando ésta impulsa
al émbolo a
moverse una
cantidad diferencial
ds.

El trabajo
relacionado
con la
frontera
móvil se
llama
trabajo de
frontera..

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El trabajo neto
hecho durante un
ciclo es la
diferencia entre el
trabajohecho por
el sistema y el
trabajo hecho
sobre el sistema.

El área bajo la curva de proceso
en un diagrama P-V representa
el trabajo de frontera.

El trabajo de
frontera realizado
durante un proceso
depende de la
trayectoria seguida,
así como de los
estados finales.

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Proceso politrópico
Proceso politrópico: C, n (exponente politrópico), constantesProceso
politrópico
Proceso politrópico
Cuando n = 1
(proceso isotérmico)
Proceso a presión constante.
¿Cuál es el trabajo de
frontera para un proceso
a volumen constante?
Esquema y
diagrama P-V
para un proceso
politrópico
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BALANCE DE ENERGÍA PARA SISTEMAS
CERRADOS
Balance de energía para del sistema que
experimenta alguna clase de proceso.
Balance de energía en forma
de tasa(razón).
Las cantidades totales se relacionan con las cantidades por unidad de tiempo

Balance de energía por unidad de masa.
Balance de energía en forma
diferencial.
Balance de energía para un ciclo.

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Balance de energía usando signos convencionales (ejemplo: Calor de entrada y
trabajo de salida son positivos; calor de salida y trabajo de entrada son negativos)

Paraun ciclo E = 0, entonces Q = W.

Diversas formas de la relación de la
primera ley para sistemas cerrados.

La primera ley no se puede probar en forma matermática, pero tampoco se sabe
de algún proceso en la naturaleza que la haya anulado, y esto se debe tomar
como demostración suficiente.
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Balance de energía para procesos de
expansión o compresión en proceso isobárico.
Análisisgeneral para un sostema
cerrado en proceso de cuasiequilibrio a
presión contante . Q sale del sistema,
W entra al sistema.

Para un proceso isobárico a
expansión o compresión:

U  Wb  H
Un ejemplo para un proceso isobárico

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CALORES ESPECÍFICOS
Calor específico a volumen constante, cv: La energía requerida para
elevar en un grado la temperatura de una unidad demasa de una
sustancia manteniendo su valumen constante.
Calor específico a presión constante, cp: La energía requerida para
elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una
sustancia manteniendo constante su presón.

Calores
específicos a
volumen y presión
constantes cv y cp
(los valores son
para el gas helio ).
El calor específico es la energía
requerida para elevar...