termo

TERMODINAMICA 1
1° Ley de la Termodinámica aplicada a
Volumenes de Control
Prof. Carlos G. Villamar Linares
Ingeniero Mecánico
MSc. Matemáticas Aplicada a la Ingeniería

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
APLICADA A VOLUMENES DE CONTROL

CONTENIDO
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA PARA VOLUMENES DE CONTROL
Conservación de la masa en un sistema abierto, flujo másico, caudal, conservaciónde la energía en sistemas
abiertos.
Procesos de flujo estable estado estable, dispositivos que trabajan bajo FEEE. (Flujo permanente)
Procesos de flujo uniforme estado uniforme FUEU. (Flujo transitorio)
Aplicaciones prácticas de la primera ley de la termodinámica.

Prof. Carlos G. Villamar L. TERMODINAMICA 1. ING
MECANICA. ULA

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
APLICADA A VOLUMENES DECONTROL

VOLUMEN DE CONTROL O SISTEMA ABIERTO
Es aquel que puede intercambiar energía y masa con los alrededores.
CILINDRO
PISTON
TURBINA

Q
W
Al entrar masa al mecanismo cilindro pistón
se produce un cambio de volumen y por lo
tanto existe trabajo de expansión.
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Al entrar masa a la turbina esta choca contra los
alabeshaciéndolos girar, esto produce trabajo de
eje.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
APLICADA A VOLUMENES DE CONTROL

VOLUMEN DE CONTROL
Es cualquier región que se someterá a un estudio Termodinámico, con fronteras reales o imaginarias
que los separan de los alrededores.

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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
APLICADA AVOLUMENES DE CONTROL
CONSERVACION DE LA MASA
E = m C2
Donde E es la energía, m la masa y C es la velocidad de la luz.
Según la teoría de la relatividad propuesta por Einstein, la masa se puede convertir en energía y viceversa.
Sin embargo esto solo es apreciable en las reacciones nucleares.

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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICAAPLICADA A VOLUMENES DE CONTROL
Para una masa que fluye por una tubería.
La velocidad del fluido no es uniforme, varía con la
localización en el ducto, por lo tanto se debe tomar una
velocidad promedio (VelPromedio).
El flujo puede no ser normal a la superficie de
control. Se escoge una superficie de control
perpendicular a la corriente.
El estado termodinámico puede no ser uniforme. Se tomaun dA tan pequeño que se pueda suponer
uniforme.
Si el V.C. está en movimiento existe una velocidad relativa; se debe suponer el V.C. estático, por tanto
VVC = 0 y VRelativa = VFluido
Si además la superficie de control es perpendicular al flujo no hay componente tangencial de la velocidad
y la velocidad relativa normal es igual a la velocidad del fluido.
Si el estado termodinámico y lavelocidad son uniformes, la densidad y la velocidad son constantes en
toda el área de flujo.
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dm
= ρVdA
dt

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
APLICADA A VOLUMENES DE CONTROL
Integrando en toda el área de flujo y considerando la densidad constante y tomando la velocidad
promedio de la sección transversal del área de flujo.
•m=

∫ ∫ ∫
δm
=
dt

•

δm =

A

A

ρVdA = ρVprom

A

∫

dA

A

Por simplificación a partir de ahora Vprom = V
•

•

m =ρVA ⇒Para la entrada: me =ρeVA
e e
•

Para la salida: ms =ρsVA
s s

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δme1

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δme2
δms1

δms2

δme3∑

∑

 δme 
 δms 
−
 dt 
 dt 

sc

sc
Masa total que - Masa total que
entra al V.C.
sale del V.C.
en un dt
en un dt

 δm 


 dt  vc
= Cambio neto de
la masa dentro
delV.C. en un dt
=

Tomando límite cuando dt
0
•
•
 dm 
m −
m =
 = mfinal − minicial
dt
e
s

VC

∑ ∑

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