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Estudio de la termodinámica, leyes que la rigen, balance de energía, cambio de energía en un sistema, ecuaciones que intervienen en el proceso y ejemplos.

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Primera Ley de la Termodinámica
ENUNCIADO DE LA
PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Primera Ley de la Termodinámica, conocida también como el
principio de conservación de la energía.
Primera Ley de la Termodinámica: la energía no se
crear ni destruir durante un proceso; solo puede cambiar
forma.
Primera Ley de la Termodinámica (concepto avanzado): Para
todos los procesos adiabáticos entre dos estados de un sistema
cerrado, el trabajo neto realizado es el mismo sin importar la
naturaleza del sistema cerrado ni los procesos del mismo.
Adiabático: significa que no recibe ni cede calor.
PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Ejemplo: Considere el calentamiento del agua contenida en
una cacerola sobre una estufa. Si se transfieren 15 kJ de calor
calor al agua desde el elemento de calentamiento y se
pierden 3 kJ del agua al aire circundante, el incremento de
energía del agua será igual a la transferencia neta de calor al
agua, que es de 12 kJ.
PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Ahora considere un sistema adiabático, en el cual una
resistencia eléctrica se calienta a través del suministro
eléctrico de 5 kJ a través de una batería.
BALANCE DE ENERGÍA
La primera ley de la Termodinámica implica que: el cambio
neto (aumento o disminución) de la energía total del
sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la
energía total que entra y la energía total que sale del
sistema durante el proceso. O sea:
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  • 1. Primera Ley de la Termodinámica
  • 2. ENUNCIADO DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Primera Ley de la Termodinámica, conocida también como el principio de conservación de la energía. Primera Ley de la Termodinámica: la energía no se crear ni destruir durante un proceso; solo puede cambiar forma. Primera Ley de la Termodinámica (concepto avanzado): Para todos los procesos adiabáticos entre dos estados de un sistema cerrado, el trabajo neto realizado es el mismo sin importar la naturaleza del sistema cerrado ni los procesos del mismo. Adiabático: significa que no recibe ni cede calor.
  • 3. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
  • 4. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Ejemplo: Considere el calentamiento del agua contenida en una cacerola sobre una estufa. Si se transfieren 15 kJ de calor calor al agua desde el elemento de calentamiento y se pierden 3 kJ del agua al aire circundante, el incremento de energía del agua será igual a la transferencia neta de calor al agua, que es de 12 kJ.
  • 5. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Ahora considere un sistema adiabático, en el cual una resistencia eléctrica se calienta a través del suministro eléctrico de 5 kJ a través de una batería.
  • 6. BALANCE DE ENERGÍA La primera ley de la Termodinámica implica que: el cambio neto (aumento o disminución) de la energía total del sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía total que sale del sistema durante el proceso. O sea:
  • 7. CAMBIO DE ENERGÍA DE UN SISTEMA Para determinar el cambio de energía de un sistema durante un proceso se requiere evaluar la energía del sistema al principio y al final del proceso y encontrar su diferencia. Es decir:
  • 8. CAMBIO DE ENERGÍA DE UN SISTEMA  El cambio en la energía total del sistema durante un proceso es la suma de los cambios en sus energías interna, cinética y potencial, lo cual se expresa como:  Cuando se especifican los estados inicial y final, los valores de las energías internas específicas u1 y u2 se determinan directamente de las tablas de propiedades o de las relaciones de propiedades termodinámicas.
  • 9. CAMBIO DE ENERGÍA DE UN SISTEMA Para sistemas estacionarios (no se mueven), los cambios en las energías cinética y potencial son cero (es decir, ΔEC =0, y Δ EP = 0), y la relación del cambio de energía total se reduce a: Δ E = Δ U
  • 10. USO DE ECUACIONES Calcule la energía requerida para acelerar un automóvil de 800 kg, desde el reposo hasta 100 km/h, en un camino horizontal. Respuesta: 309 kJ.
  • 11. USO DE ECUACIONES Determine la potencia necesaria para que un automóvil de 1 150 kg suba por un camino ascendente de 100 m de longitud con una pendiente de 30° (con respecto a la horizontal) en 12 s, a) a velocidad constante, b) desde el reposo hasta una velocidad final de 30 m/s y c) de 35 m/s a una velocidad final de 5 m/s. Ignore el rozamiento, la resistencia del aire y la resistencia al rodaje. Respuestas: a) 47.0 kW, b) 90.1 kW, c) -10.5 kW.
  • 12. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA La energía se puede transferir hacia o desde un sistema en tres formas: calor, trabajo y flujo másico: 1. Transferencia de calor, Q: La transferencia de calor hacia sistema (ganancia de calor) incrementa la energía de las moléculas y por lo tanto la del sistema; asimismo, la transferencia de calor desde un sistema (pérdida de calor) la disminuye, ya que la energía transferida como calor viene de la energía de las moléculas del sistema.
  • 13. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA 2. Transferencia de trabajo, W: Una interacción de energía que no es causada por una diferencia de temperatura entre un sistema y el exterior es trabajo. La transferencia de trabajo a un sistema (es decir, el trabajo realizado sobre un sistema) incrementa la energía de éste, mientras que la transferencia de trabajo desde un sistema (es decir, el trabajo realizado por el sistema) la disminuye.
  • 14. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA 3. Flujo másico, 𝒎: El flujo másico que entra y sale del sistema funciona como un mecanismo adicional de transferencia de energía. Cuando entra masa a un sistema, la energía de éste aumenta debido a que la masa lleva consigo energía (de hecho, la masa es energía). De igual modo, cuando una cantidad de masa sale del sistema, la energía de éste disminuye porque la masa que sale saca algo de energía consigo.
  • 15. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA Como la energía puede ser transferida en las formas de calor, trabajo y masa, y su transferencia neta es igual a la diferencia entre las cantidades transferidas hacia dentro y hacia fuera, el balance de energía se expresa de modo más explícito como: El balance de energía para un sistema que experimenta cualquier clase de proceso se expresa de manera compacta como:
  • 16. USO DE ECUACIONES Un recipiente rígido contiene un fluido caliente que se enfría mientras es agitado por un ventilador. Al inicio, la energía interna del fluido es de 800 kJ, pero durante el proceso de enfriamiento pierde 500 kJ de calor. Por su parte, la rueda realiza 100 kJ de trabajo sobre el fluido. Determine la energía interna final del fluido e ignore la energía almacenada en el ventilador.
  • 17. USO DE ECUACIONES Un recipiente rígido contiene un fluido caliente que se enfría mientras es agitado por un ventilador. Al inicio, la energía interna del fluido es de 800 kJ, pero durante el proceso de enfriamiento pierde 500 kJ de calor. Por su parte, la rueda realiza 100 kJ de trabajo sobre el fluido. Determine la energía interna final del fluido e ignore la energía almacenada en el ventilador.