Primera ley de la termodinámica

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Primera ley de la termodinámica

  1. 1. La Primera Ley de la termodinámicaNingún dispositivo o ninguna máquina pueden crear energía, en todo caso laproducción de energía es equivalente a la energía que se recibe.La Primera Ley de la Termodinámica o principio de conservación de la energía,en su forma clásica establece que:“La Energía no se crea ni se destruye en los procesos, solo se transforma” Fuente: Termodinamica-Cengel & Boles 6ta.EdicPara que esta Ley sea de utilidad al Ingeniero o al tecnólogo, es necesarioidentificar de antemano las diferentes formas de energía con el objeto de podercuantificarlas y realizar balances energéticos.Las formas de energía son las siguientes:  Energía térmica (calor)  Energía mecánica (trabajo)  Energía radiante (radiación)  Energía Química (combustión)  Energía EléctricaEsas distintas formas de energía sufren procesos de transformación, la energíaque está detrás de esos fenómenos físicos cambia de una forma a otra, es decir,hay un principio de equivalencia general entre las formas de la energía deacuerdo a su presentación.El principio de conservación de la energía nos indica que es posible determinarrelaciones de equivalencia entre las diferentes formas de energía.
  2. 2. El primer principio, que es una de las bases de información del sistemaenergético, hace posible los balances energéticos y también la existencia de lasequivalencias de las distintas formas de energía. Este principio implica que lautilización de una forma de energía no significa su destrucción.Por ejemplo, si se usa energía eléctrica para iluminación por medio de una lámpara de100 vatios de potencia, no es cierto que parte de esa energía desaparezca. En realidadla energía modificó su apariencia, mientras su cantidad aparece constante, tanto eniluminación como en calor.Una cierta cantidad de calor representa una cierta cantidad de trabajo o deelectricidad, y esto siempre se relaciona a través de unidades de medida.Veamos cómo se relacionan todas estas unidades de energía:Energía, calor, trabajo y potencia son cuatro conceptos que se confunden confrecuencia. Si se ejerce fuerza sobre un objeto y este se desplaza ciertadistancia se realiza trabajo, se libera calor por la fricción y se transforma energía.La energía, el calor y el trabajo son tres aspectos de un mismo concepto.La energía es la capacidad para hacer trabajo, el calor puede ser unsubproducto del trabajo, pero también es una forma de energía. Considérese,por ejemplo, un automóvil con un tanque lleno de gasolina. Esa gasolinacontiene energía química con capacidad para crear calor (en el motor deexplosión con la aplicación de una chispa) y para hacer el trabajo (la combustiónde la gasolina permite mover el automóvil cierta distancia).La unidad SI de energía, calor y trabajo es el Joule (J) o Julio. El sistema métricoutiliza el Kilogramo caloría o Kilocaloría (Kcal) y sus múltiplos. Los sistemasinglés y americano emplean la unidad térmica británica (British Thermal Unit,BTU) y sus múltiplos. Otra unidad es el Kilowatts hora (KW/h) o Kilovatio hora.La potencia es la velocidad a la que se realiza trabajo (o se libera calor, o seconvierte energía). Un bombillo de alumbrado consume 100 Watts, o seaconsume 100 julios de energía por segundo de electricidad y usa esaelectricidad para emitir luz y calor (dos formas de energía). El ritmo de consumorealizado a razón de un julio por segundo se llama vatio o watts. Las unidadesmás comunes de potencia son múltiplos del vatio, el caballo vapor (horsepowero HP), el caballo vapor métrico (CV), el pie-libra por segundo y el kilogramofuerza por segundo.Otras dos unidades que merecen ser mencionadas son la TEC (ToneladaEquivalente de Carbón) y la TEP (Tonelada Equivalente de Petróleo). Estasunidades han sido creadas para tener puntos de referencia comunes entre lasdiferentes unidades de energía en todo el mundo, y su principal fundamento sonlas realidades económicas de los países. _La TEC se creó cuando el carbón erael principal combustible comercial. Cuando las necesidades cambiaron y ledemanda del petróleo superó a la del carbón, el petróleo se convirtió en elprincipal combustible comercial. 1 TEC = 7Gcal 1 TEP = 10 Gcal (41.9 GJ)
  3. 3. Además la kilocaloría, el Joule, el KW/h, y el BTU se relacionan entre sí de lamanera siguiente: 1 Kcal = 4.19 KJ 1 Kwh= 3.6 x 106 Joule 1 BTU = 0,252 Kcal= 1055.1 Joule 1 Kcal = 1.16 x10-3 KW/hSe presenta a continuación el siguiente Cuadro de Equivalencias: Fuente: Estadisticas de Energia-ONULo anteriormente expuesto posibilita transformar todas las manifestaciones de laenergía a alguna de estas unidades de medida y agregarlas como si se trataran deun mismo bien desde el punto de vista físico.Veamos un par de ejemplos: 1 Kg de carbón ~ 6,500 Kilocalorías 1 Kg de petróleo ~ 10,000 KilocaloríasAmbos insumos son capaces de entregar por unidad una cantidad diferente deenergía o de trabajo.Por otro lado, si se da a seleccionar entre dos cilindros que tienen aire y el mismocontenido de energía, con el objeto de arrancar un motor de combustión interna,pero en uno de ellos el aire se encuentra a 60 bar de presión, y en el otro el aire seencuentra a 60 oC de temperatura, la intuición indica que el primero es más valiosoque el segundo puesto que al estar el aire a presión se podrá hacer pasar a travésde un dispositivo y conseguir el arranque del motor, mientras que en el segundo elarranque sería probablemente imposible. De nuevo se observa que unas formas deenergía son más valiosas que otras.
  4. 4. Aun cuando el valor o utilidad de la energía queda cuantificado solamente a travésde la segunda Ley de la Termodinámica que se estudiará más adelante. Ahora hasido conveniente identificar las diferentes formas de energía con fin, dependiendolas aplicaciones particulares, y realizar balances apropiados.Es importante enfatizar que la primera Ley y la segunda Ley de la Termodinámicaconstituyen las bases en el análisis de todos los procesos en los cuales interviene laconversión de energía.Existen muchas interpretaciones del 1er principio de la termodinámica. Con finesprácticos vamos a poner a consideración de nuestro estudio una definición muysimple: Las diferentes manifestaciones de la energía son equivalentes, de manera que es posible medir - con la misma unidad - la energía contenida en diversos medios portadores de la misma como la electricidad, o el calor. Para fines prácticos, la conversión de una unidad en otra exige coeficientes de conversión.

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