La ecuación de la Primera Ley de la termodinámica es el Principio de Consevacion de la energía PDF

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APLICACION DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA EN EL PRINCIPIO DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA TRABAJO FINAL...

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Primera Ley de la Termodinamica La ecuación de la Primera Ley de la termodinámica es el Principio de Conservación de la energía, la cual enuncia que la energía no puede ser creada ni destruida, solo puede ser convertida de una forma a otra. Por lo que la primera ley de la termodinámica argumenta que la totalidad de la cantidad de energía presente en el universo es constante. La ley de la conservación de la energía establece que el valor de la energía de un sistema aislado (sin Interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo. La conservación de la energía de un sistema esta ligada al hecho de que las ecuaciones de evolución sean independientes del instante considerado. Dentro de los sistemas termodinámicos, una consecuencia de la Primera ley de la Termodinámica establece que, dada, una cantidad de energía térmica (⸹Q) que influye dentro de un sistema, debe aparecer como un incremento de la energía del sistema( ΔU) o como un trabajo(⸹W) efectuado por el sistema sobre sus alrededores.

Principio de Conservación de la Masa Principio de conservación de la masa para Sistemas Abiertos (Ing.Frank Bello Msc & Ing. Indra Ortiz Espinoza, n.d.; Miranda, n.d.):

∑me - ∑ms = Δm sistema Esta misma ecuación se puede expresar por unidad de tiempo: La cantidad de masa que fluye a través de una sección transversal por unidad de tiempo se denomina flujo masico y el símbolo ṁ, indica que es masa por unidad de tiempo.

El balance de masa para un sistema abierto:

∑me - ∑ms = Δm sistema = (m2 – m1)sistema ∑me - ∑ms =

dm sist dT

Donde: e y s = entrada y salida respectivamente ∑ = representa la sumatoria de todos los flujos masicos y masas que entran y salen del volumen del control.

El flujo de masa o la relación de flujo de masa de un Fluido que circula en una tubería o ducto es proporcional al área de la sección transversal (A) de la tubería o ducto, densidad (ρ) y a la velocidad del fluido (V).

ṁ = ρ x Vm x A Donde:

ρ = Densidad del fluido Vm = Velocidad media del fluido A = Área transversal normal a la dirección del flujo El flujo masico y el flujo volumétrico se relacionan mediante la siguiente ecuación:

Donde: ṁ

= Flujo masico

ρ = Densidad v = Flujo volumétrico V = Velocidad del fluido v = Volumen especifico Balance de energía

Q – W + ∑Ee - ∑Es = ΔEsist Expresado por unidad de tiempo:

La energía total de un sistema está constituida por energía macroscópicas y microscópica. La primera el sistema la pose con un todo en relación con un marco de referencia exterior (energía cinética y potencial), mientras las microscópica se relaciona con la actividad molecular del sistema (energía interna).

Donde: U = Energía interna V = Velocidad

ENERGIA TOTAL DE UN FLUIDO QUE FLUYE El volumen de control influye flujos de masa a través de la frontera del volumen de control, por lo que necesita una energía para empujar la masa adentro y hacia fuera del volumen de control, este trabajo se conoce como trabajo de flujo.(Ing.Frank Bello Msc & Ing. Indra Ortiz Espinoza, n.d.)

Donde: P = Presión V = Volumen Expresada por unidad masa:

Donde: P = Presión v = Volumen especifico

E + PV = U + Pv Ec + Ep De esta expresión se deriva una nueva propiedad termodinámica llamada Entalpia

H = U + PV La entalpia especifica (h) se obtiene dividendo entre la masa:

h = u +Pv La entalpia es una propiedad del sistema y por lo tanto puede encontrarse también en las tablas de vapor Entonces si en lugar de la energía interna se usa la entalpia para representar la energía de un fluido en movimiento, ya no es necesario preocuparse por el trabajo del flujo.

APLICACIONES DE LA PRIMERA LEYD E LA TERMODINAMICA PARA SISTEMAS ABIERTOS En los sistemas abiertos se presentan 2 tipos de procesos fundamentales 1. Procesos en Estado Estable o Flujo Permanente 1.1. Procesos donde no hay trabajo Entre los dispositivos que operan en estado estable y no producen ni consumen trabajo están: intercambiadores de calor, condensadores, generadores de vapor (calderas), difusores, toberas, válvulas de Estrangulamiento y tuberías.

 Intercambiador de Calor

Se emplea para transferir calor de un fluido a otro. Normalmente los cambios de energía cinética y potencial son despreciables. El calor transferido, entre dos corrientes, se calcula mediante la diferencia de entalpias y de análisis depende de la elección del volumen de control.

 Un Condensador Es un tipo de intercambiador de calor que realiza una tarea especifica por lo que las ecuaciones anteriores son válidas para el mismo. En un condensador circula agua fría u otro fluido para condensar total o parcialmente un vapor o una mezcla con calidad elevada.

 Un Generador de Vapor (caldera) Emplea una fuente de energía, tal como el quemado de combustible pulverizado o reactor nuclear, para vaporizar un fluido. En este equipo los cambios de energía cinética y potencial son típicamente despreciables y el mismo no involucra trabajo. La ecuación de Primera Ley para este equipo se reduce a:

Q = m ( h sal -h ent )

 Los Difusores y Toberas Se emplean para controlar la velocidad de un fluido. Esto se logra variando gradualmente el área entre la entrada y la salida. En un Difusor disminuye la velocidad mientras la presión aumenta: en la Tobera sucede lo contrario aumenta la velocidad mientras disminuye la presión. Dado que la energía cinética suele ser importante y que la transferencia de calor sale ser despreciable debido principalmente a las altas velocidades del fluido que trae como consecuencia que no permanezca el tiempo suficiente en el equipo para que la transferencia de calor sea significativa, la Ecuación de Primera Ley, queda como:

hent + Vent 2/ 2gc = hsal + Vsal / 2gc

 Válvula de Estrangulamiento Simplemente es una restricción abrupta al paso del fluido, lo cual trae consigo una disminución de presión, al igual que el caso de las tobera y difusores a la transferencia de calor despreciable: sin embargo, si se elige un volumen de

control lo suficiente alejado de dicha restricción, el cambio de energía cinética resulta pequeño y la Ecuación de la Primera ley se reduce a:

Así, que un Proceso Estrangulamiento se considera generalmente como Isoentálpico.

de

Finalmente, una simple Tubería, también constituye un sistema ene estado estable. Si la tubería es vertical, los cambios de energía potencial entre la entrada y la salida suelen ser importantes. Lo significativo que ser los términos, de energía cinética y de transferencia de calor, va a depender de cada problema en particular, así que bajo estas consideraciones podemos escribir una ecuación general de Primera Ley para el caso de la tubería como:

Q + m( hent + Vent2/2gc + Zentg/gc) = m(hsal + Vsal2/2gc + Zsalg/gc)

1.2.Procesos donde hay trabajo Turbinas los compresores, las bombas y los ventiladores son aparatos ordinarios, en estado estable, que presentan interacciones de trabajo con los alrededores. Esta es la ecuación básica de Primera Ley estos casos. Q + m( hent + Vent2/2gc + Zentg/gc) = m(hsal + Vsal2/2gc + Zsalg/gc) + W

 Una Turbina

Es un componente productor de potencia (o trabajo por unidad de tiempo) que realiza trabajo mediante la rotación de un eje. El fluido a presión elevada se expande hasta una presión inferior, realizando trabajo contra las aspas de la turbina. Con frecuencia, pero no siempre, los cambios de energía cinética y potencial son pequeños. La transferencia de calor a los alrededores también es generalmente pequeña, en comparación con el trabajo producido.

 Los Compresores

Requieren una producir una

entrega de trabajo para presión de salida alta, a

partir de una baja presión de entrada; generalmente emplean un fluido de trabajo gaseoso.

 Los ventiladores

Se usan para mover un fluido gaseoso a velocidades altas, mas que producir grandes cambios de la presión generalmente, la cantidad de calor es despreciable.

 Las Bombas

También requieren se suministre trabajo y se le asocia generalmente con manejo de líquidos. En estos tres aparatos las perdidas de calor son generalmente pequeñas.

Ing.Frank Bello Msc, & Ing. Indra Ortiz Espinoza. (n.d.). PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. Retrieved June 29, 2020, from https://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2015/03/guia-4_primera_ley.pdf Miranda, F. D. E. (n.d.). Tema 4: primera ley de la termodinámica. 1–36. 

Müller Erich. Termodinámica Básica. Equinoccio. Ediciones de la Universidad Simón Bolívar...