UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE MEXICO
Alumno: Edmundo Agustín Resendes Mondragn
Matr!"ula A#$%&%''&%
Mater!a Termod!namí"a
Evidencia de aprendizaje
Resumen Un!dad $
1.1. Reformulación de la primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica menciona que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Esto quiere decir que cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa. Es decir ! ", siendo es el calor entregado por el sistema al medio ambiente y " el trabajo reali#ado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo. La formula de esta ley viene dada por$
%iendo & la energía interna, el calor y " el trabajo. %i el valor de es positivo la energía va del ambiente al sistema, o negativo si lo 'a perdido el sistema y ", es positivo si lo reali#a el ambiente contra el sistema y negativo si está reali#ado por el sistema.
1.1.1. (rimera ley de la termodinámica para sistemas cerrados )masa de control*
&n sistema cerrado es aqu+l que no intercambia masa con el resto del universo termodinámico, es conocido como masa de control. El sistema cerrado puede tener interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, así como reali#ar trabajo a trav+s de su frontera. %u ecuación general es$
%iendo Q la cantidad total de transferencia de calor 'acia o desde el sistema,W el trabajo total e incluye trabajo el+ctrico, mecánico y de frontera y finalmente U la energía interna del sistema.
1.1.-. (rimera ley de la termodinámica para sistemas abiertos )volumen de control*
&n sistema abierto es en el cual eiste entrada y/o salida de masa, así como interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, además puede re ali#ar trabajo de frontera. %u ecuación general es$
0 del mismo modo
Siendo in las entradas de masa al sistema. Siendo out las salidas de masa desde el sistema. onde
es la energía por unidad de masa del flujo y comprende la entalpía, la energía potencial,y la
energía cin+tica$ La energía del sistema esta representada por$
La variación de energía del sistema en el intervalo de tiempo considerado )entre t0 y t * es$
1.-. 2nálisis eerg+tico
1.-.1. efinición y concepto de eergía
La eergía es la propiedad termodinámica por medio de la cual es posible calcular el potencial de trabajo 3til que puede generar un sistema al interactuar +ste con su e ntorno. 4ambi+n es 3til para saber el potencial de un sistema como fuente de trabajo. Las variaciones de esta magnitud solo depende de los estados inicial y final del proceso y no de los detalles del mismo. Resumiendo podemos decir que la eergía es la porción de la energía que puede transformarse en trabajo mecánico, la parte restante, sin utilidad practica, recibe e l nombre de anergía o entropía. 5ediante su uso, es posible determinar de manera cuantitativa el valor termodinámico de cualquier recurso, y además es 3til para a nali#ar rigurosamente el desperdicio de los recursos energ+ticos en todas las actividades de la vida diaria.
os sistemas termodinámicos con distintas condiciones, cuando entran en contacto entre ellos, evolucionarán por medio de transferencias de masa y energía 'acia un estado intermedio de equilibrio,
denominado estado muerto. Lo que significa que mientras mayor sean las diferencias entre las magnitudes termodinámicas de dic'os sistemas, más trabajo podremos obtener de l a interacción entre el sistema y su entorno.
&n balance de eergía es la combinación de un balance de energía y de entropía, que derivan de la primera y segunda ley de la termodinámica. Este suele utili#arse como formulación alternativa del segundo principio de la termodinámica,cuya definición formal es “En un estado de equilibrio, los valores que toman los p arámetros característicos de un sistema termodinámico cerrado son tales que maximizan el valor de una cierta magnitud que está en unci!n de dic"os parámetros, llamada entropía# Es posible formular la segunda ley estableciendo que, los 3nicos procesos que pueden llevarse a cabo en un sistema aislado son en los que la eergía del sistema disminuye.
El balance de eergía es muy 3til para valorar el rendimiento energ+tico de una instalación, brindando mas información que el rendimiento t+rmico, además permite calcular las p+rdidas de energía en un proceso, la energía aprovec'able de flujos salientes en sistemas abiertos y las ventajas de m+todos regenerativos en instalaciones t+rmicas.
&n sistema cerrado se relaciona con el entorno mediante transferencias de energía en forma de calor o trabajo, lo que implica una transferencia de eergía entre el sistema y el entorno, la cual no coincidirá necesariamente con la variación de eergía del sistema, debido a que la eergía tambi+n se destruye como consecuencia de la generación de entropía.
La variación de eergía del sistema cerrado es igual a la transferencia de eergía con el entorno, menos la destrucción de eergía
, donde
representa la generación de entropía, que por el segundo
principio, no puede ser negativa.
6uando se trata de sistemas abiertos se maneja el concepto de eergía de flujo, que es la eergía asociada a una corriente material que atraviesa un volumen de control determinado$
%iendo ', s, 6, y # la entalpía, la entropía, la velocidad, y la altura del flujo respectivamente. son las propiedades evaluadas en el estado muerto. g es la aceleración de la gravedad.
El balance de eergía en un sistema abierto como$
Esto significa que la variación de eergía acumulada en el sistema por unidad de tiempo es igual a$
que es la transferencia de eergía asociada a la transmisión de energía en forma de calor, siendo la velocidad de transferencia de calor a trav+s de una parte de la frontera a temperatura
,menos
la velocidad de intercambio de eergía por trabajo, ecluyendo el trabajo de flujo, más es la transferencia de eergía asociada a la transferencia de masa entre el sistema y el entorno y
menos la destrucción de eergía por unidad de tiempo causada por
irreversibilidades internas del volumen de control.
1.-.-. (rocesos destructores de eergía
&n proceso reversible es aquel que una ve# que ocurre, al reali#arlo de manera inversa, tanto el sistema como sus alrededores regresan al estado inicial.
&n proceso irreversible es aquel que produce efectos que no se pueden des'acer por lo que no es posible regresar tanto al sistema como a sus alrededores al estado inicial una ve# que sucede.
e acuerdo con la primera ley de la termodinámica, la energía del sistema junto con sus alrededores permanece constante, pero en el proceso irreversible, la cantidad de energía que puede convertirse en trabajo decrece.
La irreversibilidad de un proceso se define como$ 7!"ma 8"real. El trabajo máimo debe calcularse bajo las siguientes condiciones$
1* ue los procesos se lleven a cabo entre los mismos estados inicial y final. -* ue el intercambio de calor entre los depósitos de energía sea el mismo para los dos
procesos. 9* ebe considerarse el intercambio de calor con el entorno si fuera el caso.
1.-.9. Evaluación de eergía destruida en sistemas cerrados y abiertos
La variación de la energía se compone de incrementos de energía potencial, energía
cin+tica y de energía interna, al encontrar una relación para la eergía tendremos
Reagrupando y sustituyendo las epresiones para la energía potencial y cin+tica, la ecuación queda$
Las dos ecuaciones anteriores se refieren a intercambios de energía entre el estado final y el estado muerto del sistema. pero puede 'aber procesos intermedios y el sistema puede intercambiar eergía con otros dispositivos. Es posible calcular el intercambio de eergía como la diferencia de eergía entre los dos estados y las ecuaciones son válidas para estos procesos intermedios.
Reformulando para epresar el intercambio de eergía entre los estados 1 y - tenemos$
E del estado 1 al estado -, el balance de eergía de un sistema cerrado en su forma de incrementos promedios. Epresándola en su forma diferencial tenemos$
integrándola queda$
Esto nos da los aumentos de energía de lado derec'o de la ecuación, por ser las energías, interna, cin+tica y potencial variables de estado. La integral de la diferencial del trabajo entre los puntos 1 y -, es el trabajo total reali#ado ". La segunda ley de la termodinámica introduce una nueva variable % llamada entropía se relaciona con el calor transferido $
la cual parra procesos reversibles queda$
(ara procesos irreversibles, la ecuación contiene un t+rmino etra de entropía generada por la irreversibilidad de los procesos reales, dando$
cuando se integra se transforma en$
quedando en su forma final como
siendo esta 3ltima forma el intercambio de eergía para una masa de control.
1.-.:. Eficiencia eerg+tica
La eficiencia eerg+tica se define en t+rminos generales como como la proporción entre la
eergía del producto y la eergía del recurso$
La eergía del producto se refiere al resultado deseado producido por el sistema, mientras
que la eergía del recurso se refiere precisamente a la eergía utili#ada para generar el
producto.
La eergía del recurso no es necesariamente la suma de toda la eergía que entra al sistema ni la eergía del producto es la suma de toda la eergía que sale, como fue originalmente propuesto por ;rassmann, ya que considerarlo así puede llevar a conclusiones erróneas.
