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Primera Ley de la     termodinámica Establece las relaciones entre    los flujos de energía queexperimenta un sistema físi...
Balance de Energía para un         Sistema  Es la aplicación práctica     de la primera ley.
Tipos de Energía que intervienen  en un balance de energía (I)• Calor (Q) = Energía que entra o sale  de un sistema debido...
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Tipos de Energía que intervienen en un balance de energía (III)• Energía cinética por unidad de masa  (EC) = ½ V^2 = Es la...
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Expresión de la primera ley para un sistema que está sujeto a un ciclo cerrado         Q-W = 0
Sentido práctico de la primera ley•             Es posible convertir calor en              trabajo mecánico útil mediante ...
Segunda ley de la termodinámica    Establece límites y     direcciones a los        procesos de  intercambio energético
Expresión de la segunda ley• Es imposible construir un aparato que opere  en un ciclo y cuyo único efecto sea generar  tra...
Consecuencias prácticas de la        segunda ley• Las máquinas que generan potencia  mecánica a partir del calor recibido ...
Maquina térmica para   generar trabajo                Qh          CalderaBomba                 Turbina   W        Condensa...
Eficiencia térmica de unamáquina para generar trabajo     η = W / Qh     η =1 – Ql/Qh
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Entropía (1)• Es una propiedad de las sustancias  que permite determinar la  reversabilidad de los procesos.• Se define me...
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Irreversabilidad• El trabajo neto que se obtiene para el  caso de la máquina reversible es    Wrev = Wrevs + Wc• Al compar...
Transmisión de calor reversible cuando haydiferencias de temperatura finita entre el sistema               y la fuente de ...
Trabajo reversibleAl combinar las expresionesanteriores, se obtiene :  Wrev = Σme (he-Tose+ECe+EPe) - Σmi (hi+ Tosi+ ECi+ ...
IrreversabilidadI = ΣmeTose - Σmi Tosi +  m2Tos2- m1Tos1 - Q
DisponibilidadEs el trabajo reversible que se puede lograrllevando la sustancia hasta el equilibrio con elambiente ( el cu...
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  1. 1. Las leyes de la termodinámicaUn resumen sencillo de estasleyes y de sus consecuencias energéticas Enrique Posada
  2. 2. Primera Ley de la termodinámica Establece las relaciones entre los flujos de energía queexperimenta un sistema físico y la forma en que cambian sus propiedades
  3. 3. Balance de Energía para un Sistema Es la aplicación práctica de la primera ley.
  4. 4. Tipos de Energía que intervienen en un balance de energía (I)• Calor (Q) = Energía que entra o sale de un sistema debido a las diferencias de temperatura entre la pared del sistema y el ambiente.• Trabajo (W) = Energía que se entrega o se retira por la acción de agitadores y elementos que hacen que se muevan los componentes del sistema o que responden a sus movimientos.
  5. 5. Tipos de Energía que intervienen en un balance de energía (II)• Energía interna por unidad de masa (u) = La que poseen las sustancias del sistema en virtud de su movimiento molecular, es decir, de su temperatura.• Trabajo de flujo por unidad de masa (pv) = El producto de la presión en los límites del sistema por el volumen específico se denomina trabajo de flujo. Es el trabajo que hace fluir las sustancias en las zonas por las que ellas entran o salen al sistema• Entalpía ( h) = u + pv = Es la suma de la energía interna más el trabajo de flujo.
  6. 6. Tipos de Energía que intervienen en un balance de energía (III)• Energía cinética por unidad de masa (EC) = ½ V^2 = Es la energía que tienen las sustancias en virtud de su movimiento masivo.• Energía potencial por unidad de masa (EP) = g z = Es la energía que tienen las sustancias en virtud de su posición relativa vertical.
  7. 7. Expresión de la primera ley para un sistema que fluye de manera uniforme y estable Q-W = Σms (he+ECe+ EPe) - Σmi (hi+ECi+ EPi) + [m2(u2+EC2+EP2)- m1(u1+EC1+EP1)] e= en las salidas de sustancias i=en las entradas de sustancias 1= al inicio del proceso 2= al final del proceso
  8. 8. Expresión de la primera ley para un sistema que está sujeto a un ciclo cerrado Q-W = 0
  9. 9. Sentido práctico de la primera ley• Es posible convertir calor en trabajo mecánico útil mediante máquinas térmicas.• Las máquinas y turbinas de vapor, los motores de combustión interna, las turbinas de gas y las plantas térmicas son consecuencia práctica de esta conversión.• Esta conversión ha permitido el desarrollo industrial y el desarrollo tecnológico con base en la utilización de los combustibles fósiles.• Antes de estos descubrimientos se
  10. 10. Segunda ley de la termodinámica Establece límites y direcciones a los procesos de intercambio energético
  11. 11. Expresión de la segunda ley• Es imposible construir un aparato que opere en un ciclo y cuyo único efecto sea generar trabajo a partir del intercambio de calor con una única fuente de calor.• Es imposible construir un aparato que opere en un ciclo y cuyo único efecto sea transmitir calor de fuente fría a una fuente caliente.
  12. 12. Consecuencias prácticas de la segunda ley• Las máquinas que generan potencia mecánica a partir del calor recibido de una fuente caliente, generan calor de desecho y deben contar con una fuente fría que reciba ese calor.• Los equipos de refigeración necesitan potencia mecánica y por ello entregan a la fuente caliente mayor calor que el que extraen al refrigerar la fuente fría.
  13. 13. Maquina térmica para generar trabajo Qh CalderaBomba Turbina W Condensador Ql
  14. 14. Eficiencia térmica de unamáquina para generar trabajo η = W / Qh η =1 – Ql/Qh
  15. 15. Eficiencia térmica de una máquina para generar trabajoUna máquina reversible permitelograr la máxima eficiencia altrabajar entre dos fuentes dadas detemperatura Th y Tl. Esta máquinase llama de Carnot. Para ella : η =1 – Tl/Th
  16. 16. Condiciones de Reversebilidad en un proceso térmico• Transmisión de calor a través de diferencias de calor infinitesimales (muy pequeñas).• Generación de trabajo sin presencia de fricción.• No ocurren mezclas de sustancias diferentes
  17. 17. Entropía (1)• Es una propiedad de las sustancias que permite determinar la reversabilidad de los procesos.• Se define mediante la siguiente expresión: dS = (δQ/T) rev
  18. 18. Entropía (2)Para los procesos reales, que sonirreversibles, la segunda leyconduce a que dS > (δQ/T)Por ello, los cambios de entropíapermiten determinar si un procesoes reversible o no.
  19. 19. Comparación de procesos reversibles e irreversibles W QΣme (hi+ECi+ EPi) Σms (he+ECe+ EPe) [m2(u2+EC2+EP2)- m1(u1+EC1+EP1)] Wrev Qo a To Wc Wrevs Qrevs Σmi (hi+ECi+ EPi) Σme (he+ECe+ EPe) [m2(u2+EC2+EP2)- m1(u1+EC1+EP1)]
  20. 20. ¿Cómo se logra la Transmisión de calor reversible cuando hay diferencias de temperatura finita entre el sistema y la fuente de calor ?Se logra esta transmisión de calor Qrevcolocando una máquina térmica reversible entre elsistema y la fuente externa a temperatura To,que aproveche la diferencia de temperatura .Esto permite obtener más trabajo neto en el casode la máquina reversible.La irreversabilidad equivale entonces a un trabajoperdido
  21. 21. Irreversabilidad• El trabajo neto que se obtiene para el caso de la máquina reversible es Wrev = Wrevs + Wc• Al comparar los trabajos obtenidos en ambos sistemas se obtiene la irreversabilidad I como I = Wrev - W
  22. 22. Transmisión de calor reversible cuando haydiferencias de temperatura finita entre el sistema y la fuente de calorSe obtiene un trabajo Wc reversible , coneliminación de calor a la fuente Qo, de talmanera que Wc = Qo – Qrevs (primera ley) Qo/To = integral de (dS= (δQ/T)rev) (segunda ley)Al integrar, se obtiene, para un sistema que fluyede manera uniforme y estable Wc = To (m2s2 – m1s1 + Σms – Σme) –Qrevs
  23. 23. Trabajo reversibleAl combinar las expresionesanteriores, se obtiene : Wrev = Σme (he-Tose+ECe+EPe) - Σmi (hi+ Tosi+ ECi+ EPi) + [m2(u2-Tos2+EC2+EP2)- m1(u1 – Tos1+EC1+EP1)]
  24. 24. IrreversabilidadI = ΣmeTose - Σmi Tosi + m2Tos2- m1Tos1 - Q
  25. 25. DisponibilidadEs el trabajo reversible que se puede lograrllevando la sustancia hasta el equilibrio con elambiente ( el cual está a To, ho, So, EPo y sinEC). Para sistema estable y de flujo estable:Disponibilidad =(h-Tos+EC+ EP) - (ho +Toso+ EPo) =Dh – To Ds + DEC + DEP

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