Download Primera ley de la termodinámica en sistemas cerrados Unidad 3

Unidad 3
Primera ley de la termodinámica
en sistemas cerrados
Sustancias puras
Pero antes un pequeño repaso!.......si es que no
resolvieron estos problemas
Se deja que vapor de agua sobrecalentado a 1MPa y 300°C se
enfríe a volumen constante, hasta que la temperatura
descienda a 150°C. En el estado Final Determine:
1. Presión
2. Calidad
3. Entalpía
4. Diagrama T-v c/r alas líneas de saturación
2.1.5.- La superficie P-v-T
Unidad 2: Propiedades de la materia
1. Presión : 476,16 kPa
2. Calidad: 0,6564
3. Entalpía: 2434,45 kJ/kg
4. Diagrama T-v c/r a las líneas de saturación
2.1.5.- La superficie P-v-T
Unidad 2: Propiedades de la materia
Unidad 2: Propiedades de la materia
1. Variación de la presión : 26 kPa
2. Masa a retirar: 0,007 kg
2.1.5.- La superficie P-v-T
TAREA 1
En grupos de 2 o 3, resolver 3 problemas a elección:
- Un problemas entre los ejercicios 3.31 y 3.68
- Un problema entre los ejercicios 3.79 y 3.84
- Un problema entre los ejercicios 3.114 y 3.141
En la portada deberán indicar los integrantes y los ejercicios
seleccionados.
Plazo: 1 semana (4 de mayo)
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
CONTENIDOS
3.1.- La Primera Ley de la Termodinámica en Sistemas
Cerrados
2.2.1.- Introducción
2.2.2.- Transferencia de Calor
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.- La Primera Ley de La Termodinámica
3.1.1.- Introducción
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.- La Primera Ley de La Termodinámica
3.1.1.- Introducción
Del ppo de la conservación de la energía:
‘Durante la interacción de un sistema con el medio la cantidad de
energía ganada por el Sistema debe ser igual a la energía perdida
por su entorno’
La energía cruza la frontera de un sistema cerrado en
forma de:
•Calor q
•Trabajo W
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
Cuando sucede Transferencia de Calor??
Hasta cuando se produce??
Calor:
Forma de E. que se transfiere entre dos sistemas
(ó sist y alrd ) ssi ∃ una diferencia de Temperatura
3.1.2.- Primera Ley de la Termodinámica
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
¿Qué mecanismos de transferencia de Calor existen?:
Todos requieren un DT y suceden de T°mayor
a T°menor
3.1.1.- Primera Ley de la Termodinámica
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Conducción:
Depende de las propiedades del material
Se determina con : Q = k A (T2 – T1)
Convección:
Es el mecanismo de transferencia de calor entre un solido
y un fluido circundante
Relaciona los efectos de conducción y el del movimiento
del fluido
Se determina con : Q = h A (Ts – Tf)
3.1.2.- Primera Ley de la Termodinámica
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Radiación:
Es la energía que emite la materia en forma de ondas
electromagnéticas.
No requiere de un medio para propagarse.
Se determina con : Q = ᵋ σ A T^4
3.1.2.- Primera Ley de la Termodinámica
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
TRANSFERENCIA DE CALOR
T de C:
HACIA un sistema Adición de Calor
HACIA FUERA de un sistema Rechazo de Calor
Calor es energía en transición que se reconoce sólo cuando cruza
la frontera de un sistema
3.1.2.- Primera Ley de la Termodinámica
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
Proceso donde no existe transferencia térmica se denomina: ADIABÁTICO
∃ 2 formas para que exista un proceso adiabático:
1.
2.
Sistema AISLADO (Q≈O)
Sistema y alrededores a igual temperatura
3.1.1.- Primera Ley de la Termodinámica
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
CONVENCIÓN Q (+)
Q (-)
Cualquier T de C:
• Que incrementa la Energía de un sistema es positiva (+)
• Que disminuya la Energía de un sistema es negativa (-)
3.1.1.- Primera Ley de la Termodinámica
CONTENIDOS
3.1.- La Primera Ley de la Termodinámica en Sistemas
Cerrados
3.1.1.- Introducción Primera Ley y a la
Transferencia de Calor
3.1.2.- Trabajo
3.1.3.- Formas Mecánicas del Trabajo
3.1.4.- La Primera Ley de La Termodinámica
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.2.- Trabajo
∃ 2 requisitos para que se presente una interacción de trabajo entre un
sistema y sus alrededores:
1.- Debe existir una fuerza que actúe en la frontera
2.- La frontera debe moverse
SSI ∃ {1<>2} ⇒ ∃ W
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.2.- Trabajo
Interacción de energía entre el
sistema y sus alrededores
Si no existe ∆T la interacción de
energía presente es Trabajo
Límite
sistema
W(-)
W(+)
1.- Trabajo en un proceso...
2.- Trabajo por unidad de masa...
3.- Trabajo por unidad de tiempo...
• Dispositivos que Producen Trabajo...
• Dispositivos que Consumen Trabajo....
E del sistema
disminuye cuando
realiza W
E aumenta
cuando se efectúa
un W sobre él
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.2.- Trabajo
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.2.- Trabajo
Este trabajo de expansión o compresión
que involucra el desplazamiento de una
sección del sistema, se llama trabajo de
frontera móvil o trabajo de frontera
Un lugar donde se aprecia el trabajo de frontera es en lo
motores de combustión, a que la combustión del gas
obliga al movimiento del pistón.
Pero este tipo de trabajo no puede determinar de forma
precisa el trabajo de un motor………..¿por qué?
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.2.- Trabajo
La termodinámica requiere conocer los
estados y las diferentes trayectorias para
llegar de un estado a otro, a altas
velocidades tanto los estados como las
trayectorias no pueden especificarse.
Por lo tanto, la termodinámica utiliza los
procesos de cuasiequilibrio
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.2.- Trabajo
Consideremos el embolo de la figura, si el gas
confinado se expande tendremos
Al remplazar la segunda ecuación en la primera tenemos
Si consideramos un desplazamiento diferencial, entonces
tenemos:
Por lo que el trabajo de frontera también es conocido como
PdV
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.2.- Trabajo
Dado que trabajamos con presiones absolutas, P no
puede ser negativa, pero que pasa con V
Si el volumen disminuye, V es negativo, del mismo modo que es positivo si el volumen
aumenta.
Por lo tanto el trabajo de frontera puede ser positivo o negativo:
Esto sustenta la convención de signos!!!
Si el sistema realiza trabajo, entonces se considera positivo (expansión), en caso contrario
es negativo (compresión)
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.2.- Trabajo
El trabajo total resultará de la suma de todos los trabajos diferenciales …….
Esta integral puede evaluarse solo si se conoce la relación entre la Presión y el Volumen, por
lo que P=f(V).
Lo que es simplemente la trayectoria entre dos estados en un diagrama P-v
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
3.1.2.- Trabajo
Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica
Trabajo de la Frontera Móvil
Curso tratará el trabajo de una frontera móvil para un proceso de
CUASIEQUILIBRIO Ó CUASIESTÁTICO (sist en equilibrio durante
el proceso)
El área bajo la curva de un proceso de un diagrama P-v es igual
en magnitud al W efectuado durante la Expansión o Compresión
de Cuasiequilibrio de un SISTEMA CERRADO
¿ Que pasaría si para llegar de un estado a otro se
siguen diferentes trayectorias?
¿ Que pasaría si W no fuera función de la trayectoria?
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3.1.2.- Trabajo