Date post: | 20-Feb-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | ningo-duck-motto |
View: | 230 times |
Download: | 0 times |
of 21
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
1/21
Anlisis de Energa en Sistema
Cerrados
Termodinmica 1
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
2/21
Objetivos
Examinar el trabajo de frontera mvil o trabajo P dv que
se encuentra comnmente en dispositivos reciprocantes, Identificar la primera ley de la termodinmica como un
enunciado del principio de conservacin de la energa
para sistemas cerrados. Desarrollar el balance general de energa aplicado a
sistemas cerrados.
Plantear el concepto de calor especfico. Desarrollar ejemplos y aplicaciones practicas.
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
3/21
Trabajo de Frontera Mvil
Forma Primaria de trabajo en los
motores de automvil.
No puede determinarse con exactitud a
partir de un anlisis termodinmicosolamente.
Por lo tanto se modela como unproceso de cuasi equilibrio (Procesodurante el cual el sistema permaneceen equilibrio todo el tiempo).
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
4/21
Trabajo de Frontera Mvil
P = Presin Inicial del Gas.V = Volumen Total.
A = rea Transversal
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
5/21
Trabajo de Frontera Mvil
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
6/21
Trabajo de Frontera MvilUn gas puede seguir varias trayectorias diferentes cuando
se expande del estado 1 al estado 2.
Por lo tanto en general cada trayectoria tendr una readiferente debajo de ella y por lo tanto la magnitud serdiferente
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
7/21
Trabajo de Frontera Mvil
Si la relacin entre P y V durante un proceso deexpansin o compresin se da en trminos de datosexperimentales en vez de una formula funcional.
Es evidente que no se podr efectuar la integracin, perose podr graficar el diagrama P y V del proceso usando
estos puntos de fatos y calculando grficamente el rea.
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
8/21
Trabajo de Frontera MvilAdicionalmente, no es posible hablar de la presin de un
sistema durante un proceso de no cuasi equilibrio ya que
las propiedades son definidas para estados en equilibrio.
Donde Pi = Presin interna en la cara del mbolo
En un motor de Automvil el trabajo ser:
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
9/21
Proceso PolitrpicoGeneralmente los procesos de Compresin y Expansin
de gases reales, la presin y el volumen a menudo se
relacionan por medio de:
Donde: C y n son constantes
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
10/21
Balance de Energia para Sistemas CerradosEl balance de energa para cualquier sistema que
experimenta alguna clase de proceso se expresa como:
Frecuentemente esta relacin se denomina balance deenerga y es aplicable a cualquier tipo de sistema que pasapor cualquier tipo de proceso.
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
11/21
Calores especficosEs la energa requerida para elevar en un grado la
temperatura de una unidad de masa de una sustancia.
En termodinmica, el inters se centra en dos clases de
calores especficos: Calor especifico a volumen constante CV
Calor especifico a presin constante CP
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
12/21
Calores especficosLa definicin formal de calor especifico es:
Cambio de energa internacon la temperatura a volumen
constante
Cambio de entalpia con la
temperatura a presinconstante
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
13/21
Energia interna, entalpia y calores
especficos de gases idealesSe define gas ideal a un gas cuya temperatura, presin y
volumen especifico se relacionan mediante
Con la definicin de entalpia y la ecuacin de estado de
gas ideal se tiene
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
14/21
Energia interna, entalpia y calores
especficos de gases idealesPuesto que para un gas ideal uy hdependen nicamente
de la temperatura, por lo tanto los calores especficos CV
yCP dependen tambin solo de la temperatura.
Por lo tanto el cambio de energa interna y entalpia ser
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
15/21
Energia interna, entalpia y calores
especficos de gases ideales
Existen tres formas para calcular calores especficos:
1. Mediante los datos tabulados de u y h.
2. Por medio de las relaciones Cv o Cp como una funcin de la
temperatura para despus llevar a cabo las integraciones.3. Con el empleo de calores especficos promedio.
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
16/21
Relaciones de calores especficos de gases
idealesUna relacin especial entre Cv y Cp para gases ideales se
obtiene al derivar la relacin , la cual
produce
Se obtiene tambin la relacin de calores especficos
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
17/21
Energia interna, entalpia y calores
especficos para lquidos y slidosUna sustancia cuyo volumen especifico (o densidad) es
constante se llamasustancia incompresible.
Los volmenes especficos de slidos y lquidos enesencia permanecen constante durante un proceso.
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
18/21
Energia interna, entalpia y calores
especficos para lquidos y slidos
Se puede demostrar matemticamente que los calores
especficos a presin y volumen constante son idnticospara sustancias incompresibles.
Por lo tanto para slidos y lquidos, los subndices v y p
se eliminan y ambos calores se pueden representar conun solo smbolo C
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
19/21
Cambios de energa internaAl igual que los gases ideales, los calores especficos de
sustancias incomprensibles dependen solo de la
temperatura, as el cambio de energa interna entre losestados 1 y 2 se obtiene por integracin.
Para pequeos intervalos de temperatura, un valor de c ala temperatura promedio se puede usar y tratar comouna constante, de lo que se obtiene
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
20/21
Cambios de entalpiaTomando en cuenta la definicin de entalpia
y observando que v= constante, la forma diferencial del
cambio de entalpia de sustancias incomprensibles sedetermina mediante derivacin, como
E integrando
7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados
21/21
Cambios de entalpiaPara slidos, el termino es insignificante por lo
tanto
Para lquidos, comnmente se encuentran dos casosespeciales:1. Procesos a presin constante, como en los calentadores
2. Para procesos a temperatura constante, como en las bombas