Primera Ley Termodinámica
Páginas: 7 (1709 palabras)
Publicado: 19 de junio de 2014
3. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA Y SUS APLICACIONES
3.1 DEFINICION DE LA PRIMERA LEY
Constituye el PRINCIPIO DE CONSERVACION DE LA ENERGÍA, para los procesos térmicos, y se enuncia de la siguiente forma:
“La energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma”.
Aplicando este principio a un sistema cualquiera, se establece el siguiente balance energético:
3. 2PRIMERA LEY PARA SISTEMAS CERRADOS
Para efectos de análisis, supongamos que CALOR y TRABAJO entran al sistema, es decir bajo el convenio de signos, ambos son positivos.
Q ΔE = ΔK + ΔPot. + ΔU
W Σ E. Entran = ΣE. Salen + Δ Energ. SistemaΣ E. Entran - ΣE. Salen = Δ Energ. Sistema
Σ E. Entran y Salen = Δ Energ. Sistema = ΔK + ΔPot. + ΔU
Pero en un sistema cerrado la variación de la energía cinética y potencial, son insignificantes, por lo tanto ΔK= 0 y ΔPot. = 0; por lo tanto, la PRIMERA LEY PARA UN SISTEMA CERRADO, queda de la siguiente forma:
Σ E. Entran y Salen = ΔU(ALGEBRAICA)
Aplicándola al caso planteado:
Q + W = ΔU ( J ) o (kJ) NOTA : Esta ecuación es algebraica, para el calor y el trabajo. También para el ΔU
Q, W y ΔU pueden ser (+) ; (- ) o cero.
La primera ley también se puede plantear en forma específica, es decir por unidad de masa del sistema:
q + w = Δu (J/kg) o (kJ/ kg)
Q = m ∙ c ∙ ΔT ( J ) o q = c ∙ ΔT (J / kg)
W = - p ∙ dV ( J ) o w = - p ∙ dv ( J / kg )
CICLO TERMODINAMICO
En un ciclo debe cumplirse que ΔU = Uf - Ui = O, ya que el sistema retorna al estado inicial , y por lo tanto Uf = Ui, por lo tanto el balance de energía para un ciclo queda:
Qneto ciclo +Wneto ciclo = 0 ( ALGEBRAICA )
Donde : Qneto = Σ Qindiv. y Wneto = Σ Windiv.
CICLO DE TRABAJO: Son aquellos que tienen por finalidad producir trabajo mecánico, es decir entregar trabajo hacia el exterior, y por lo tanto en este caso:
Wneto debe ser negativo y el Q neto debe ser positivo.
Ejemplos: motores a gasolina ( Ciclo Otto ) ,motores a petróleo Diesel ( Ciclo Diesel ), turbinas a gas ( Ciclo Brayton ) y plantas térmicas a vapor (Ciclo Rankine).
Las características de estos ciclos pueden apreciarse en el esquema siguiente:
El sistema recibe calor QA desde una fuente de alta temperatura, generalmente es el calor de la combustión, de un determinado combustible.
Una parte de ese calor lo transforma en trabajomecánico ( trabajo neto ).
La otra parte debe rechazarse a una fuente de baja temperatura, naturalmente accesible ( al aire ambiental , río, lago o mar ).
Alta temperatura QA – QR - Wneto = 0 QA ( + ) Wneto = QA – QR Wneto ( - ) QR (-)Baja Temperatura
RENDIMIENTO TERMICO DE UN CICLO DE TRABAJO ( ηt )
Representa la fracción o porcentaje del calor absorbido por el ciclo ( es decir del aportado al ciclo), que efectivamente es transformado en trabajo.
ηt = ׀ Wneto׀ * 100 = ( ׀Wneto ׀ / QA ) * 100
POTENCIA MECANICA Potencia=(׀Wneto ׀/ciclo )*(N° ciclos/s
CICLOS DE REFRIGERACION
Suobjetivo es transferir calor de una fuente o ambiente de baja temperatura a uno de mayor temperatura, empleando trabajo mecánico externo.
Extraer calor de una fuente de baja temperatura (QA )
Suministrar trabajo mecánico desde el exterior ( Wneto )
Rechazar calor a una fuente de mayor temperatura ( QR )
Alta temperatura QA – QR + Wneto = 0...
3.1 DEFINICION DE LA PRIMERA LEY
Constituye el PRINCIPIO DE CONSERVACION DE LA ENERGÍA, para los procesos térmicos, y se enuncia de la siguiente forma:
“La energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma”.
Aplicando este principio a un sistema cualquiera, se establece el siguiente balance energético:
3. 2PRIMERA LEY PARA SISTEMAS CERRADOS
Para efectos de análisis, supongamos que CALOR y TRABAJO entran al sistema, es decir bajo el convenio de signos, ambos son positivos.
Q ΔE = ΔK + ΔPot. + ΔU
W Σ E. Entran = ΣE. Salen + Δ Energ. SistemaΣ E. Entran - ΣE. Salen = Δ Energ. Sistema
Σ E. Entran y Salen = Δ Energ. Sistema = ΔK + ΔPot. + ΔU
Pero en un sistema cerrado la variación de la energía cinética y potencial, son insignificantes, por lo tanto ΔK= 0 y ΔPot. = 0; por lo tanto, la PRIMERA LEY PARA UN SISTEMA CERRADO, queda de la siguiente forma:
Σ E. Entran y Salen = ΔU(ALGEBRAICA)
Aplicándola al caso planteado:
Q + W = ΔU ( J ) o (kJ) NOTA : Esta ecuación es algebraica, para el calor y el trabajo. También para el ΔU
Q, W y ΔU pueden ser (+) ; (- ) o cero.
La primera ley también se puede plantear en forma específica, es decir por unidad de masa del sistema:
q + w = Δu (J/kg) o (kJ/ kg)
Q = m ∙ c ∙ ΔT ( J ) o q = c ∙ ΔT (J / kg)
W = - p ∙ dV ( J ) o w = - p ∙ dv ( J / kg )
CICLO TERMODINAMICO
En un ciclo debe cumplirse que ΔU = Uf - Ui = O, ya que el sistema retorna al estado inicial , y por lo tanto Uf = Ui, por lo tanto el balance de energía para un ciclo queda:
Qneto ciclo +Wneto ciclo = 0 ( ALGEBRAICA )
Donde : Qneto = Σ Qindiv. y Wneto = Σ Windiv.
CICLO DE TRABAJO: Son aquellos que tienen por finalidad producir trabajo mecánico, es decir entregar trabajo hacia el exterior, y por lo tanto en este caso:
Wneto debe ser negativo y el Q neto debe ser positivo.
Ejemplos: motores a gasolina ( Ciclo Otto ) ,motores a petróleo Diesel ( Ciclo Diesel ), turbinas a gas ( Ciclo Brayton ) y plantas térmicas a vapor (Ciclo Rankine).
Las características de estos ciclos pueden apreciarse en el esquema siguiente:
El sistema recibe calor QA desde una fuente de alta temperatura, generalmente es el calor de la combustión, de un determinado combustible.
Una parte de ese calor lo transforma en trabajomecánico ( trabajo neto ).
La otra parte debe rechazarse a una fuente de baja temperatura, naturalmente accesible ( al aire ambiental , río, lago o mar ).
Alta temperatura QA – QR - Wneto = 0 QA ( + ) Wneto = QA – QR Wneto ( - ) QR (-)Baja Temperatura
RENDIMIENTO TERMICO DE UN CICLO DE TRABAJO ( ηt )
Representa la fracción o porcentaje del calor absorbido por el ciclo ( es decir del aportado al ciclo), que efectivamente es transformado en trabajo.
ηt = ׀ Wneto׀ * 100 = ( ׀Wneto ׀ / QA ) * 100
POTENCIA MECANICA Potencia=(׀Wneto ׀/ciclo )*(N° ciclos/s
CICLOS DE REFRIGERACION
Suobjetivo es transferir calor de una fuente o ambiente de baja temperatura a uno de mayor temperatura, empleando trabajo mecánico externo.
Extraer calor de una fuente de baja temperatura (QA )
Suministrar trabajo mecánico desde el exterior ( Wneto )
Rechazar calor a una fuente de mayor temperatura ( QR )
Alta temperatura QA – QR + Wneto = 0...
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