REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER PODER POPULAR PARA PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL NÚCLEO FALCÓN – EXTENSIÓN PUNTO FIJO
PROF: ING. NEILUI PELAYO ASIGNATURA: TERMODINAMICA I
CALOR Y PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
CALOR Es la energía que se transmite transmite a través del límite límite de un sistema, en virtud virtud de una diferencia diferencia de temperatura temperatura que existe con los alrededores. Cuando existe una diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno, hay transferencia de energía como producto de los choques individuales de las moléculas del sistema con las de su entorno. Si la frontera del sistema es rígida, la suma de estos trabajos microscópicos no pueden expresarse como una fuerza medida medida por un desplaz desplazami amient ento o (trabaj (trabajo). o). La suma suma de estos estos trabaj trabajos os micros microscópi cópicos cos es esenci esencialm almente ente lo que denominamos calor. Calor es trabajo térmico a nivel microscópico. El calor no se almacena, la energía si. Tanto el calor como el trabajo son manifestaciones de energía en transito, por tal motivo solo la podemos observar a través de las fronteras de los sistemas. CONVENCIÓN DE SIGNO
La mayoría de los autores utilizan el siguiente convencionalismo
Positivo (+), transmisión de calor a un sistema.
Negativo (-), transmisión de calor desde un sistema (calor retirado del sistema).
UNIDADES DE CALOR
Kilocaloría, es la cantidad de calor transmitida para producir un cambio de temperatura de un Celsius (1 °C) a un kilogramo (1 kg) de agua..
BTU, Unidad Térmica Británica, la cantidad de energía requerida para incrementar la temperatura de una Iibramasa de agua (1 lbm) a un grado Fahrenheit (1°F).
El calor total se denota con la letra Q. (Ejemplo: 1BTU, 2 kcal) El calor transferido por unidad de masa se denota con la letra q; (Ejemplo: 1BTU/lbm, 1 kcal/kg). El transferido por unidad de tiempo se denota con la letra, Q .
También se utiliza cualquier otra unidad de energía como el Joule, ergios, Lbf*pie, etc.
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
Conducción: es la transferencia de energía debida a las interacciones entre las partículas en el interior de un material. .
Q cond
Kt . A.
= −
dt
Ley de Fourier
dx
Convección: es la transferencia de energía entre la superficie de un sólido y un líquido o un gas debido al movimiento de un fluido. .
Q conv
=
h. A(T s
−
T f )
Radiación: es la transferencia de energía mediante radiación electromagnética. La energía transferida por radiación puede emitirse desde una superficie o desde el interior de fluidos transparentes y sólidos. .
(
Q ra d E .γ . A T s4 =
4
−
T alred
)
EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Un recipiente rígido de 1 pie 3 contiene R-134ª originalmente a -20ºF y 27,7 % de calidad. A continuación
se calienta el refrigerante hasta que su temperatura es 100ºF.
Calcule la
transferencia de calor necesario para este proceso. 2.- Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 5 kg de Refrigerante134a, a 800 KPa y 70ºC. Entonces se enfría el refrigerante a presión constante hasta que esté como liquido saturado a 16ºC. Determine la cantidad de pérdida de calor. 3.- Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0,5 lbm de agua a 120 Psia y 2 pies 3. Entonces se transmiten 200 BTU de calor al agua, manteniendo constante la presión en vapor sobrecalentado. Determine la temperatura final del agua. 4.- Se calientan 2 kg de agua liquida saturada a 150ºC, a presión constante, en un dispositivo cilindro-embolo, hasta que se convierte en vapor saturado a 170ºC. Determine la transferencia de calor requerido para este proceso. 5.-En un dispositivo de cilindro-embolo con carga de resorte hay refrigerante 134a, a 600 KPa y 150ºC, con un volumen inicial de 0,3 m 3. Entonces se enfría el refrigerante, hasta que su temperatura es -30ºC, y su volumen es 0,1m 3. Determine el calor transferido al refrigerante, y el trabajo producido por él durante este proceso. 6.- Un tanque rígido de 2 m 3 contiene aire (gas ideal) a 100 KPa y 22 ºC. Se conecta el tanque a una línea de suministro por medio de una válvula. En la línea de suministro fluye aire al tanque hasta que la presión en su interior llega a la presión de la línea de suministro, y en ese momento de cierra la válvula. Un termómetro instalado en el tanque indica que la temperatura del aire en el estado final es 77ºC. Determine: a.- La masa de aire que ha entrado al tanque, b.- la cantidad de transferencia de calor.
