La primera ley de la termodinámica establece que la energía se conserva. Explica los conceptos de conservación de masa y energía para sistemas cerrados, incluidas las ecuaciones que describen el balance de masa y energía. También cubre conceptos como entalpía, trabajo y transferencia de calor.
Sistema de lubricación para motores de combustión interna
Primera Ley de la Termodinámica.pptx
1. Primera Ley de la
Termodinámica
Semana 08
Del 01 al 07 de marzo de 2022
2. CONSERVACIÓN DE LA MASA
𝑉𝐶
𝜕𝜌
𝜕𝑡
𝑑𝑉 +
𝑖
𝜌𝑖𝐴𝑖𝑉𝑖 𝑠𝑎𝑙 −
𝑖
𝜌𝑖𝐴𝑖𝑉𝑖 𝑒𝑛𝑡 = 0
Forma integral de conservación de
masa para un volumen de control
con cierto número de entradas y
salidas.
Casos especiales
Flujo en estado permamente
𝑖
𝜌𝑖𝐴𝑖𝑉𝑖 𝑠𝑎𝑙 =
𝑖
𝜌𝑖𝐴𝑖𝑉𝑖 𝑒𝑛𝑡
Flujo incompresible
𝑉
𝑚 =
1
𝐴
𝜌 𝑉 ∙ 𝑛 𝑑𝐴
𝑚𝑠𝑡 =
𝑠𝑡
𝜌 𝑉 ∙ 𝑛 𝑑𝐴
Si las salidas y entradas no son
unidimensionales
Vector unitario normal hacia el
exterior en cualquier punto de la
superficie de control
𝑉𝐶
𝜕𝜌
𝜕𝑡
𝑑𝑉 =
𝑑
𝑑𝑡 𝑉𝐶
𝜌𝑑𝑉 = 𝜌𝐴
𝑑ℎ
𝑑𝑡
El término no estacionario se puede
evaluar como:
4. CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
𝑑𝑄
𝑑𝑡
−
𝑑𝑊
𝑑𝑡
=
𝑑𝐸
𝑑𝑡
𝐸 = 𝐸𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 + 𝐸𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 + 𝐸𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 + 𝐸𝑜𝑡𝑟𝑎𝑠
Despreciando 𝐸𝑜𝑡𝑟𝑎𝑠
𝐸 = 𝑢 +
1
2
𝑉2
+ 𝑔𝑧
En estado estacionario,
𝑄 − 𝑊 = ∆𝐸
Q se da en cualquiera de los tres mecanismos de transferencia de calor:
Convección, Conducción o Radiación
Ecuación de energía en estado transitorio.
9. Calor especifico
Propiedad útil cuando
se utiliza el modelo
del gas ideal
𝐶𝑝 =
𝜕ℎ
𝜕𝑇
𝑝 = 𝑐𝑡𝑒
𝐶𝑣 =
𝜕𝑢
𝜕𝑇
𝑣 = 𝑐𝑡𝑒
𝑘 =
𝐶𝑝
𝐶𝑣
Razón de calores
específicos
Entalpía líquido saturado
𝑣 𝑇, 𝑃 ≈ 𝑣𝑓 𝑇
𝑢(𝑇, 𝑃) ≈ 𝑢𝑓(𝑇
Dado que los valores de v y u varían solo gradualmente
con los cambios de presión a temperatura fija
10.
11. Peso Molecular bajo: Mayor calor latente
Punto Normal de Ebullición alto: Presión y temperatura crítica altas.
Elevado calor latente + elevado volumen específico: Capacidad de refrigeración alta
12. De la definición de entalpía:
ℎ = 𝑢 + 𝑝𝑣
ℎ 𝑇, 𝑃 = 𝑢𝑓 𝑇 + 𝑝𝑣𝑓
O bien,
ℎ 𝑇, 𝑃 = ℎ𝑓 𝑇 + 𝑣𝑓 𝑇 [𝑝 − 𝑝𝑠𝑎𝑡 𝑇
Cuando la contribución de la diferencia de presiones es mínima:
ℎ 𝑇, 𝑃 = ℎ𝑓(𝑇
SUSTANCIA INCOMPRESIBLE Líquidos y sólidos
“Cuando se considera el volumen específico constante y la energía interna
varía solo con la temperatura, una sustancia se considera
INCOMPRESIBLE”
14. EJEMPLOS
Para el desrecalentador mostrado en la figura, agua en líquido saturado es inyectada dentro de la corriente de
vapro sobrecalentado que entra en el estado 2. Como resultado de esto, vapor saturado sale en el estado 3.
La información sobre la operación del equipo se muestra en la Figura. Despreciando efectos de transferencia
de calor, energía cinética y potencial, determine el flujo másico de entrada de vapor sobrecalentado en
kg/min.
Líquido saturado
Vapor
sobrecalentado
T1=20°C
P1=0.3MPa
M1=6.37kg/min
1
2
T2= 200°C
P2=0.3MPa
3
P3= 0.3MPa
Vapor saturado
15. Dos tanques son conectados por una válvula. Un tanque contiene 3kg de CO2 a 77°C y 0.7bar. El otro tanque
mantiene 8kg del mismo gas a 27°C y 1.2 bar. La válvula es abierta y los gases se mezclan mientras ganan calor
desde los alrededores. La temperatura final de equilibrio es de 42°C. Usando el modelo de gas ideal para el CO2 con
Cv constante, determine la presión final en bar y la ganancia de calor en kJ para el proceso.
CO2 CO2
