Energia trabajo y calor

UNIDAD 02. ENERGIA TRABAJO Y CALOR.

El concepto de energía, definido como la capacidad latente que posee un sistema para producir trabajo, aparece siempre ligada a la masa del sistema y además, es un concepto difícil de precisar.

Por tal motivo se hace necesario definir y/o clasificar las distintas formas de energía que pueden estar presentes en un sistema y, • • • • Su interrelación entreellas, Sus potenciales transformaciones de acuerdo al tipo de proceso realizado, La eficiencia asociada al proceso, Los niveles de degradación generados, entre otros.

Las formas de energía que pueden estar presentes en un sistema son:
2.1 Energías relativas a las fronteras del sistema. Desde el punto de vista macroscópico se evalúan con respecto a niveles de referencia de entrada y salidadel sistema en estudio y son dependientes de la masa o del flujo másico del sistema.

2.1.1

Energía cinética ( Ecinética ). Que posee la masa del sistema por efecto de su velocidad.
⎡ kg .m 2 ⎤ ⎢ 2 ⎥ ó ⎣ s ⎦ relativa a la masa del sistema Ecinética = m ⋅ v2 2 Ecinética = v 2
2 2

[ Joule]

donde: ⎡m⎤ v = velocidad fluido ⎢ ⎥ ⎣s⎦ m = masa [ kg ] W = peso [ N ]

⎡m ⎤ ⎡ Joule ⎤ ⎢ 2⎥ ó ⎢ ⎥s ⎦ ⎣ kg ⎦ ⎣ relativa al peso del sistema Ecinética v v m⋅ 2 2 = 2 = v = 2⋅ g m⋅ g W m⋅
2 2

[ m]

⎡ Joule ⎤ ó ⎢ ⎥ ⎣ N ⎦

1

2.1.1

Energía potencial ( E potencial ). Por acción de la gravedad sobre la masa del sistema cuando cambia su posición vertical (cota geométrica) entra la entrada y salida del sistema en estudio.

E potencial = m ⋅ g ⋅ z

⎡ kg .m 2 ⎤ ⎢ 2 ⎥ ó ⎣ s ⎦

[Joule]

donde: z = cota geométrica respecto de N.R. ( m ) ⎡m⎤ g = aceleración de gravedad ⎢ 2 ⎥ ⎣s ⎦ m = masa [ kg ]

relativa a la masa del sistema ⎡ m2 ⎤ ⎡ Joule ⎤ Ecinética = g ⋅ z ⎢ 2⎥ ó ⎢ ⎥ ⎣ kg ⎦ ⎣s ⎦ relativa al peso del sistema Ecinética = m⋅ g ⋅ z m⋅ g ⋅ z = = z m⋅ g W

[ m]

⎡ Joule ⎤ ó ⎢ ⎥ ⎣ N ⎦

W = peso [ N ]

2.2 Energías a nivel molecular de la sustancia de trabajo. Desdeel punto de vista microscópico representan las energías internas del fluido, susceptibles de ser transformadas en trabajo y/o calor. Al respecto es posible distinguir dos tipos de energía:
2.2.1 Energía cinética molecular. Generada por la agitación molecular (traslación y rotación de las partículas) en el interior del sistema. Esta forma de energía se expresa en función de la temperatura de lasustancia de trabajo, como lo establece su definición desde el punto de vista microscópico.

2.2.2

Energía potencial molecular. Representada por la energía debida a las fuerzas de atracción de las moléculas en el interior del sistema. Esta forma de energía es dependiente de la proximidad con que se encuentran las moléculas entre sí y la propiedad física asociada es la presión.

Por lotanto, desde el punto de vista molecular, se define la Energía Interna (U). Como la suma de las energías cinéticas y potencial a nivel molecular que posee un sistema. En virtud de lo anterior, la Energía Interna es función de la presión y temperatura de la sustancia de trabajo y en consecuencia, se puede establecer que la Energía Interna es una propiedad de estado del tipo extensiva.
U = f ( p, T ) u= f ( p, T )

[ Joule]
⎡ Joule ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ kg ⎦

2

2.3.1 Trabajo (W). Energía en transito diferente del calor. Esta energía es la que una máquina puede recibir o debe entregar externamente, durante la ocurrencia de un determinado proceso, con la sustancia de trabajo. Desde la mecánica se define el trabajo como el desplazamiento del punto de aplicación de una fuerza.

F dX

dW = F ⋅ dX W= ∫ F ⋅ dX
1 2

Para sistemas cerrados, Considerando el sistema cerrado de la figura con una frontera móvil, se tiene:
dW = F ⋅ dx

p A
dX dX

F

dW = p ⋅ A ⋅ dx dW = p ⋅ dV W = ∫ p ⋅ dV
1 2

[ Joule]
⎡ Joule ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ kg ⎦

w = ∫ p ⋅ dv
1

2

El trabajo no es una propiedad de estado, por lo tanto depende del tipo de proceso, es decir de la trayectoria.

En un diagrama...