Termodinamica Sistemas Cerrados

Instituto Politécnico Nacional
ESIME Unidad Ticoman
Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor

Unidad iv
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
En SITEMA abiertos (volumen de
control)

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TEMAS

4.1 CONSERVACIÓN DE LA MASA DE UN VOLUMEN DE CONTROL
4.2CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA DE UN VOLUMEN DE CONTROL
4.3 ANÁLISIS DE VOLÚMENES DE CONTROL EN ESTADO ESTABLE
4.4 ANÁLISIS TRANSITORIO

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4.1 Conservación de la masa de un volumen de control
Sistema abierto o volumen de control
Es una región elegida apropiadamente en el espacio,generalmente encierra un
dispositivo que tiene que ver con flujo másico como un compresor, turbina o
tobera. Tanto la masa como la energía pueden cruzar las fronteras en un volumen
de control.
Un gran número de problemas de ingeniería tienen que ver con flujo de masa
dentro y fuera de un sistema y por lo tanto se modelan como volúmenes de
control.
Las fronteras dentro de un volumen de control seconocen como superficies de
control y pueden ser reales o imaginarias. En el caso de la tobera la superficie
interna constituye la parte real de la frontera, mientras que las áreas de entrada y
salida forman parte de la imaginaria.

Un volumen de control puede ser fijo en tamaño y forma como en el caso de la
tobera o bien podría implicar una frontera móvil.

Al igual que los sistemascerrados en los volúmenes de control puede haber
interacciones de calor y trabajo, además de interacciones de masa.
El termino permanente o estacionario indica que no hay cambio con el tiempo
El término uniforme indica que no hay cambio con la posición sobre una región
especificada
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Termodinámica y Principios de Transferencia de CalorConservación de la masa
La conservación de la masa es uno de los principios fundamentales de la
naturaleza. Todos estamos familiarizados con este principio y no es difícil entender
por ejemplo en un balance de ecuaciones químicas se hace en el principio de
conservación de la masa cuando 16 Kg de oxigeno reaccionan con 2 kg de
hidrogeno se forman 18 Kg de agua.
Al igual que la energía lamasa es una propiedad conservada que no es posible
crear ni destruir durante un proceso.
Para sistemas cerrados el principio de conservación de la masa se usa de modo
implícito al requerir que la masa del sistema permanezca constante durante un
proceso, sin embargo para un volumen de control la masa puede cruzar las
fronteras de modo que se debe mantener un registro de la cantidad de masa queentra y sale del sistema.
El principio de conservación de la masa para un volumen de control sometido a un
proceso se expresa como:
Σment – Σmsal = ∆mvc …………….. (1)
Flujo másico y volumétrico
La cantidad de masa que pasa por una sección trasversal por unidad de tiempo se
llama flujo másico y se denota por:

El flujo que entra o sale comúnmente de un volumen de control a través detuberías o ductos se denota por:

dA = Area de la sección transversal de la tubería o ducto en m2
 = la densidad del fluido
Vn = Velocidad normal del fluido

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El flujo másico a través del área de la sección transversal de un tubo o un ducto se
obtiene mediante la integración:La integral no siempre es práctica para análisis de problemas de ingeniería y se
tiene que encontrar una ecuación en términos de valores promedio ya que
velocidad nunca es uniforme en una sección transversal de tubería debido a que
el flujo se adhiere a la superficie y, por lo tanto, tiene velocidad cero en la pared,
además, la velocidad varia en las paredes desde cero hasta algún valor...