Maquinas termicas

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MAQUINAS TERMICAS
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
La primera Ley de la Termodinámica es en realidad la aplicación de la energía a un sistema. El numero de variables que utiliza la primera ley, depende del sistema, ya sea cerrado o abierto.
En la figura 1.1 se ilustra la presentación de un sistema cerrado.

Fig. 1.1 primera ley de la termodinámica aplicada a un sistema cerrado.

Al ser unsistema cerrado, todo el trabajo y calor suministrado permiten solamente aumentar la temperatura del fluido que se encuentra dentro del sistema y por consiguiente, existe un incremento en la energía interna del fluido.
Su expresión puede ser representada de la forma siguiente:

ΔU = W + Q

ΔU = Incremento de energía interna
W = Trabajo
Q = Calor
En un sistema cerrado se puedeexperimentar procesos reversibles; como mantener la presión o el volumen constante, así como realizar un ciclo cerrado.
En un proceso reversible a presión constante, el sistema experimenta un cambio del estado 1 al estado 2, por lo que el trabajo que se suministra o se entrega al sistema es:
1W2=12Pdv
1W2=P12dv
1W2=P(V2-V1)
A su vez, al existir una variación de la temperatura se presenta un cambio enla energía interna (U) del sistema, por consiguiente:

dU=12du
ΔU =U2-u1

Por otro lado, la cantidad de calor que se suministra ó es rechazado por el sistema es:
1Q2=1W2+ΔU
1Q2=PV2-V1+(U2-U1)

Sin embargo, la entalpia de una substancia esta definida por:

H=PV+U
Finalmente, la primera ley aplicada a un sistema que se encuentra bajo un proceso a presión constante es:

1Q2=H2-H1

Enel caso de un proceso reversible a volumen constante, al no existir variación de volumen, el trabajo es igual a cero, dando como resultado que todo el calor que se suministra en el sistema únicamente provoca variaciones en la energía interna del sistema, por ello:
ƌQ=dU

ƌ = diferencia inexacta
d = diferencia exacta

Cuando se trata de un ciclo cerrado, los estados, inicial y final de lasubstancia coinciden, esto significa que la energía interna del sistema no sufrió ninguna variación, y por lo tanto todo el calor se transformo en trabajo.

1Q2=1W2

Este último caso, es imposible que se pueda realizar ya que siempre existen perdidas las cuales provocan que no toda la energía suministrada en forma de calor, genere un trabajo equivalente.
Cuando se trata de un sistema abiertocomo por ejemplo generadores de vapor, turbinas de vapor o gas, condensadores de vapor, compresores de gas, etc., se puede suponer que su materia y energía son constantes cuando las condiciones de trabajo son estacionarias y por lo tanto se puede analizar con un sistema cerrado.
En la figura 1.2 se muestra un sistema abierto con flujos de materia y energía constantes.
Fig. 1.2 la primera Ley dela Termodinámica aplicada a un sistema abierto.

En el sistema abierto mostrado la energía que entra al sistema en el estado 1, ya sea potencial, cinética o interna, es sometida a un proceso se cambio debido al suministro o rechazo tanto de calor como de trabajo hasta llegar al estado 2. Por consecuencia la primera Ley de la Termodinámica queda determinada de la siguiente forma:

1W2+1Q2=H2-H1+m(V22-V12)2+mg(Z2-Z1)

Se debe tomar en consideración que esta ecuación solo proporciona información sobre variaciones del calor, trabajo o energía interna sin dar un valor específico.
Por unidad de masa:

q+h1+V122+gz1=w+h2+V222+gz2

En el caso del compresor o turbina, cuya operación es adiabática y los cambios de energía cinética y potencial se consideran despreciables; el trabajosuministrado o desarrollado es:

W=h2-h1

Para un generador de vapor o condensador, en donde no se desarrolla trabajo, el calor suministrado o rechazado es:

q=h2-h1

Para una tobera, cuya operación es adiabática, en donde no se desarrolla trabajo y el cambio de energía potencial es despreciable, la velocidad de salida es:

v=2g(h2-h1)
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
La 1° Ley de la...
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