termodinamica

Termodinámica
Primera ley de la termodinámica
Volumen de Control

Profesor: Freddy J. Rojas, M.Sc.
1

Aplicación industrial

Freddy J. Rojas, M.Sc.

2

Aplicación industrial

Freddy J. Rojas, M.Sc.

3

Aplicación industrial

Freddy J. Rojas, M.Sc.

4

Aplicación industrial

Freddy J. Rojas, M.Sc.

5

Modelo matemático
FEES: Proceso de flujo y estado
establesFEUS: Proceso de flujo y estado
uniformes

Freddy J. Rojas, M.Sc.

6

FEES: Proceso de flujo y estado
estables
Este es un caso particular del VC, en la que
se asume que nada cambia respecto al
tiempo.
Es de mucha importancia por la frecuencia
con que se presenta en la práctica.
El proceso FEES se realiza, por
aproximación, en dispositivos como: turbina,
bomba, compresor, tobera,caldero,
intercambiadores de calor (condensador,
evaporador, enfriador, calentador,
radiador),etc.
Freddy J. Rojas, M.Sc.

7

Conservación de la masa para
un volumen de control

dm vc



me



ms

dt
Velocidad de
Flujo másico
variación de la masa = total que entra
contenida en el
al volumen de
volumen de control
control en el
en el instante t
instante t
Freddy J.Rojas, M.Sc.

Flujo másico
- total que sale del
volumen de
control en el
instante t
8

Procesos de flujo y estado estable (FEES)
(Proceso estacionario):
0


dm vc

me



ms

dt

me
Si solo existe una
entrada y una
salida

Freddy J. Rojas, M.Sc.

m

me

ms

ms

Siendo los subíndices:
e : entrada
s : salida

9

Trabajo de flujo
A
F

VC
LPistón imaginario

Wflujo = FL = PAL = PV

Freddy J. Rojas, M.Sc.

10

Energía total de un fluido en
movimiento
EF

PV

E

EF

PV

U

EC

EF

H

EC

EP

EP

EF

ec

ep )

EF

Freddy J. Rojas, M.Sc.

m (h
m (h

ec

ep )

11

Conservación de la energía para
un volumen de control
dE vc

Ee

Es

dt

Es

Ee
dE vc
dt

2

Qe W

e

m ehe

Ce
2

2

gz e

Qs W

s

m s hs

Cs
2

gz s

Siendo los subíndices:
e : entrada
s : salida
Freddy J. Rojas, M.Sc.

12

Proceso de flujo y estado estable (FEES):
(Proceso estacionario):
0
2

dE vc

Qe W

dt

e

m e he

Ce
2

2

gz e

Qs W

=

Ee

s

m s hs

Qe W

e

m e he

2

gz s

2

Es

2

Ce

Cs

2

gz e

QsW

s

m s hs

Cs
2

gz s

Siendo los subíndices:
e : entrada
s : salida
Freddy J. Rojas, M.Sc.

13

Trabajo en procesos de flujo y estado
estables (FEES) internamente reversible
0
2

dE vc

Qe W

dt

m e he

e

2

Ce

gz e

2

Qs W
2

0

w vc

Q vc W

int

rev

vc

m h1

q vc

int

rev

m

h1

C2
2
C

h2

m s hs

s

22

C1
2

h2

Cs

2
1

2

m gz 1
C

gz 2

gz s

P

2

W int

2
2

g z1

2

rev

z2
1

2

Se sabe:

q vc

int

Tds

Tds

rev

dh

vdP

v

1

Considerando trabajo hecho por el sistema y despreciando variación de energía
cinética y potencial:
2

w

int

vdP

rev
1

Freddy J. Rojas, M.Sc.

14

Proceso de estrangulamientoCuando un fluido se expande adiabáticamente
desde una región de alta presión hasta otra de
baja presión, generalmente se realiza trabajo o
se producen cambios en las energías cinética o
potencial; cuando no hay tales efectos, se dice
que el proceso es de estrangulamiento.
2

Qe W

e

m e he

Ce
2

he
Freddy J. Rojas, M.Sc.

2

gz e

Qs W

s

m s hs

Cs
2

gz shs
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Coeficiente de Joule-Thompson( )
Esta propiedad termodinámica da una indicación del cambio de
temperatura que experimenta un fluido durante un proceso de
entalpia constante (isoentálpico).
Un valor positivo de indica que la temperatura disminuye
durante el estrangulamiento y un valor negativo indica que la
temperatura aumenta durante el estrangulamiento.

dT
dP

h

+...