Analisis de energia en sistemas cerrados

ANÁLISIS DE ENERGIA DE SISTEMAS CERRADOS

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA.

Se le denomina “La ley de la conservación de la energía”.

La primera ley aplicada a sistemas cerrados: Un sistema cerrado se define como una cantidad fija de fluido contenida dentro de una frontera. La frontera sirve para separar el sistema cerrado del entorno. Solo la energía en forma de calor y trabajo puedecruzar la frontera.

PRIMERA LEY PARA UN PROCESO

Partiendo del principio de conservación de la energía, la primera ley de la termodinámica para un sistema cerrado que realiza un proceso se puede expresar como:

Energía que entra al sistema - Energía que sale del sistema = Cambio en la energía del sistema.

Las únicas formas de energía que pueden entrar en un sistema o salir de él son elcalor y el trabajo. Por tanto es posible expresar la primera ley de la termodinámica para un proceso como:

Q - W = (E

Donde (E es el cambio de energía dentro del sistema.

El cambio de energía dentro del sistema puede descomponerse en varios términos, cada uno de los cuales representa el cambio de una forma particular de energía.

(E = (Ec + (Ep + (U

(Ec = Cambio de energíacinética

(Ep = Cambio de energía potencial

(U = Cambio de energía interna

De éstas, la más importante es el cambio de energía interna. Se puede suponer que los cambios en la energía cinética y en la energía potencial dentro de un sistema cerrado son despreciables.

Dos ejemplos típicos de sistema cerrado en el que un proceso puede efectuarse son:

✓ Un recipiente rígido sellado✓ Un conjunto de cilindro y pistón

Para el recipiente rígido sellado no hay movimiento de la frontera, luego no puede haber cambio alguno de energía cinética ó potencial para un proceso en el cual el fluido dentro del sistema pasa de un estado de equilibrio a otro.

En el caso de un conjunto de cilindro y pistón, el cambio en altura y la velocidad del pistón conducen sólo a pequeñoscambios en las energías cinéticas y potencial. Por tanto es posible expresar la ecuación como:

Q - W = (Ec + (Ep + (U

Donde: (Ec = 0 (Ep = 0 Luego: Q - W = (U

En forma diferencial: (Q - (W = dU

Esta ecuación es válida sin importar si el proceso es reversible o nó, y constituye una expresión general de la primera ley para unproceso.

La energía interna de un fluido depende de su temperatura y en el caso de un vapor depende de su presión. La energía interna es una propiedad del fluido.

Entalpía: Es una propiedad extensiva. Por conveniencia se define como:

H = U + PV

A fin de sumar la energía interna con el producto presión - volumen, las unidades de ambas deberán ser las mismas. La entalpía se encuentrade manera más general en situaciones de flujo. Así como el cambio de energía interna es importante para un proceso en un sistema cerrado, también el cambio en la entalpía es importante en un sistema abierto.

Proceso a Volumen constante: Recibe el nombre de Proceso Isométrico ó Isocórico.
En un dispositivo cilindro - pistón, el trabajo es cero.

Q = (U

En un recipiente rígido puedeefectuarse trabajo debido a un factor externo.

Q = (U - W(exterior)

El signo negativo indica que el trabajo entra al sistema.

Proceso Adiabático: En este proceso la transferencia de calor hacia el sistema o proveniente de él es cero.

Q = 0, luego: W = - (U

Proceso a Presion constante: Recibe el nombre de Proceso Isobárico.

Q = (U + W

Q = (U2 - U1)+ P(V2 - V1)

Q = (U2 + P2V2) - (U1 + P1V1)

Q = ( H2 - H1)

Luego: Q = (H

Proceso Politrópico: El camino de muchos procesos de expansión y compresión puede modelarse como un proceso politrópico. En este proceso la presión del sistema y el volumen están relacionados mediante la relación politrópica:

P v n = C

Donde C = es...