martes, 7 de julio de 2009

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

Esta ley es el conocido principio de conservación de la energía, el cual establece que la energía no se puede crear ni destruir, solo transformar. Esta ley es la que relaciona el trabajo W, el calor Q y la energía total E por medio de una ecuación.
balance de energia
El principio de conservación de la energía se expresa asi: el cambio neto en 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.


La energía puede existir en numerosas formas: interna, bien sea sensible, latente, química o nuclear, cinética, potencial, eléctrica y magnética. La suma de ellas constituye la energía total E de un sistema. Si no existen efectos eléctricos, magnéticos y de tensión superficial, solo en sistemas compresibles simples, el cambio en la energía total durante un proceso es la suma de los cambios en sus energías interna, cinética y potencial. Es decir,
donde u1 y u2 son las energías internas específicas en los estados 1 y 2 respectivamente.

Primera Ley Para Sistemas Estacionarios

Un sistema estacionario es aquel que no tiene cambios en su velocidad ni en su elevación durante un proceso. En la práctica, la mayoría de los sistemas son estacionarios.

Si esto se cumple, lo que implica es en pocas palabras que

y la relación de cambio de energía total se reduce a
Como la energía puede ser transferida en forma de calor, trabajo y masa, el balance de energía se expresa asi:
Los seis valores de la derecha son cantidades y son medidas positivas. La dirección de las transferencias de energía se describe por los subíndices "entrada" y "salida".
EN FORMA DE TASA
Para tasas constantes y durante un intervalo de tiempo Δt las relaciones son
El balance por unidad de masa sería
Para un sistema cerrado que experimenta un ciclo, los estados inicial y final son los mismos, por lo cual la energía del sistema es la misma en el estado 1 y en el estado 2, por lo cual ΔE = 0.

PRIMERA LEY PARA VOLUMENES DE CONTROL
Anteriormente se aplicó a sistemas cerrados la ecuación de balance de energía
En esta sección ampliaremos el uso de esta ecuación para sistemas en los que hay flujo de masa a través de sus fronteras. Existen dos formas en que se puede dar este flujo de masa. La primera es para el llamado flujo estable y la segunda flujo inestable o variable.
ANALISIS DE MASA Y ENERGIA DE VOLUMENES DE CONTROL
conservacion de la masa
El principio de conservación de la masa promulga que la masa no se crea ni se destruye, sino que cambia de forma. Gracias a la teoría de Albert Einstein (1879-1955) se sabe que la masa se puede convertir en energía y viceversa. Esto está dado por la famosa ecuación

Esta ecuación indica que la masa de un sistema cambia cuando su energía cambia. Conclusión, si hay cambio de masa y la misma, estrictamente, no se conserva ya que una pequeña porcion de ella se transforma en energía, mas esta porcion es tan diminuta que es insignificante en lo que a procesos de ingeniería concierne.
FLUJO MASICO Y VOLUMETRICO
El flujo volumetrico es la cantidad de volumen que fluye a través de las fronteras del sistema por unidad de tiempo. Este flujo volumétrico es el mismo caudal Q que se utiliza en mecánica de fluidos, pero se usa un símbolo diferente para no confundir caudal con calor. La ecuación para este es la V indica la velocidad promedio del fluido perpendicular a un area A.
El flujo másico es la cantidad de masa que fluye a través de las fronteras del sistema por unidad de tiempo. La ecuación para determinar el flujo másico es
Donde v minúscula es el volumen específico y es la densidad.
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA
La transferencia neta de masa hacia o desde el volumen de control durante un intervalo de tiempo es igual al cambio neto (incremento o disminución) en la masa total dentro del volumen de control durante ese .


donde los terminos de la izquierda son los flujos másicos hacia adentro y hacia afuera del volumen de control y el término de la derecha es la rata de cambio de la masa dentro del volumen de control.
BALANCE DE MASA PARA PROCESOS DE FLUJO ESTABLE
El que un proceso se llame estable significa que la cantidad total de masa dentro del volumen de control no cambia con el tiempo, es decir, la masa dentro de los límites del sistema es siempre la misma. En este tipo de procesos es importante el flujo másico.
El principio de conservación de la masa para un sistema general de flujo estable con entradas y salidas multiples se expresa en forma de tasa como
Flujo estable
Esta expresa que la sumatoria de las tasas de masa que entran es igual a la sumatoria de las tasas de masa que salen.
Dispositivos comunes en ingeniería como toberas, difusores, turbinas, compresores y bombas, solo poseen una entrada y una salida de corriente, por lo tanto al generalizar para dispositivos de una sola corriente tenemos








43 comentarios:

  1. Buenas noches Profesor

    Confirmo mi asistencia y aprovecho para comentar sobre su publicacion de la primera ley de la Termodinamica el material esta muy didactico y completo

    Harry Cortez
    G-001-N
    CI 12930847

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  2. Buenos dias.

    Dejo presencia de la entrada al grupo de esta semana 16.

    Por la misma comento que ya observe la informaciòn d la primera ley de la termodinamica esta bueno el material gracias.

    MIGUEL REBOLLEDO
    CI:11.989.944
    SECCION:001-N
    UNEFA GUACARA

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  3. jose fernandez8/7/09 13:27

    buenos dias aqui dejo constancia de mi asistencia al grupo
    jose fernandez CI. 19790460
    ing mecanica

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  4. Hola buenas noches, a todos los de la secciòn 001-N d Ingenieria Mecanica.

    Dejo presencia de la entrada al grupo.

    RONALD DAVILA
    CI:16289264
    SECCIÒN:001-N
    UNEFA GUACARA

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  5. Buenas tardes profesor

    Confirmo mi asistencia a la clase asistida

    Harry Cortez
    CI 12930847
    G-001-N

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  6. alexandervasquez10/7/09 16:36

    Buenas tardes profesor dejo constancia de asistencia al Blog, afin de revisar publicado.
    atte Alexander vásquez
    G001/N

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  7. buenas noches profesor dejo constancia de mi asistencia al grupo
    César Arévalo
    13134958
    Seccion G-001N

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  8. JENNIFER JARAMILLO11/7/09 22:46

    Hola buenas noches acontinuaciòn dejo evidencia de mi asistencia al blog

    Saludos

    Jennifer Jaramillo
    18.782.366
    Secciòn 01

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  9. Buenas Noches profesor confirmo mi asistencia a la clase asistida

    Harry cortez
    CI 12930847
    G-001-N

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  10. Buenos dias.

    Dejo presencia de la entrada al grupo de esta semana 17.

    MIGUEL REBOLLEDO
    CI:11.989.944
    SECCION:001-N
    UNEFA GUACARA

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  11. jose fernandez13/7/09 11:06

    dejo mi asistencia al grupo de esta semana..
    jose fernandez CI: 19790460
    seccion g-001-n

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  12. JENNIFER JARAMILLO14/7/09 22:43

    Muy Buenas Noches profesor acontinuaciòn dejo mi 2 asistencia al blog. correspondiente a esta semana

    Saludos.

    Jennifer Jaramillo
    18.782.366
    Secciòn 01

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  13. Buenas tardes profesor dejo costancia de mi asistencia al grupo. Muchas gracias.

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  14. BUENAS TARDES.

    DEJO PRESENCIA DE LA ENTRADA AL GRUPO DE ESTA SEMANA 17.

    MIGUEL REBOLLEDO
    CI:11.989.944
    SECCION:001-N
    UNEFA GUACARA

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  15. Buenas Tardes profesor


    Confirmo mi asistencia a la clase asistida de esta semana

    Harry Cortez
    CI 12930847
    Seccion G-001-N

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  16. JENNIFER JARAMILLO15/7/09 22:18

    Muy Buenas Noches profesor dejo evidencia de la ultima asistencia por este semestre en el blog

    Muchas gracias por todo su apoyo

    Saludos...

    Jennifer Jaramillo
    Secciòn 01
    18.782.366

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  17. Buenas noches profesor dejo constancia de mi aistencia al grupo.
    César, Arévalo
    13134958
    Seccion G-001N

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  18. Buenos dias.

    DEJO PRESENCIA DE LA ENTRADA AL GRUPO DE ESTA SEMANA 17.

    MIGUEL REBOLLEDO
    CI:11.989.944
    SECCION:001-N
    UNEFA GUACARA

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  19. eddy colina g-01 n16/7/09 13:12

    buenos dias prof aqui dejo mi asistencia de esta semana gracias
    eddy colina
    19010379
    g-01 n

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  20. Buenas noches a todos
    Jose Bolivar
    Seccion G001

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  21. alexandervasquez17/7/09 11:40

    Buenas tardes profesor dejo constancia de asistencia lal blog.
    Alexander Vásquez
    G001/N

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  22. Muy Buneas Noches sirva el presente de constancia de asistencia al presente grupo de trabajo. Feliz semana y que Dios los cuide e ilumine siempre.

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  23. herdenson rodriguez C.I:13625568 seccion G002N

    buenos dias profesor como aqui dejo mi huella

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  24. hola profesor soy jesus aguilar de la SECCION G-002-N aqui dejo mi asistencia.

    Esta muy fina la informacion dejada sobre la primera ley de la termodinamica.

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  25. RICHARD GONZALEZ13/10/09 10:35

    richard gonzalez c.i 12148316 seccion 01´asistencia.

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  26. hola prof esta es mi asistida de la semana
    Seccion G002-N
    Segovia Leowil
    C.I 18867249

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  27. JENNIFER JARAMILLO15/10/09 22:23

    Buenas noches a todos dejando evidencia de mi asistencia

    Saludos

    Jennifer Jaramillo
    18.782.366
    Ing. Mecanica

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  28. buenas tardes,
    Es zuleyvin avendano,
    C.i. 12.604.968,
    Seccion. G001N
    Ing. Mecánica

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  29. Robles Xavier 18167220
    Seccion-G-001-N.

    Buen dia profesor esta es mi asistencia

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  30. Buenas tardes Profesor estoy, dejando constancia de mi asistencia.
    José D. Montero´11.748.796
    Seccion 01 Noc. Mec.

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  31. Alexander Vasquez18/10/09 19:12

    Buenas tardes Profesor dejo constancia de mi asistencia al blog
    Alexander Vásquez
    10734559
    g001/N

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  32. eddy colina g-01n18/10/09 21:45

    buenes noches prof aqui dejo mi asistencia de esta semana gracias
    eddy colina
    19010379
    seccion: g-01n
    ing mecanica

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  33. Buenas noches profesor dejo costancia de mi asistencia al grupo. Muchas gracias

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  34. RICHARD GONZALEZ22/10/09 09:50

    BUENAS TARDE PROFEOSR DEJO CONSTANCIA DE QUE VISITE EL BLOG.

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  35. buen dia a todos los famelicos de informacion, el tema de la primera ley de termodinamica esta bien resumida y facil de entender, gracias totales.

    Christian Robles G-002-N

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  36. Asistencia. emanuel reboso 18.868.246 g-002-n

    aca buenas noches muchas gracias pòr la informacion de verdad que me ha hecho de gran ayuda.

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  37. buenas noche profesor aqui dejo mi comentario herdenson rodriguez 6to semestre de ingeneria mecanica G002n

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  38. buenas dias profesor aqui dejo mi asistencia la tarea la envie a su correo es Herdenson Rodriguez C.I: 13625568 de Ingenieria mecanica 6to semestre

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  39. BUENAS TARDES PROF. AQUI DEJANDO CONSTANCIA DE MI ASISTENCIA TARDE PERO SEGURO GRACIAS POR LA INFORMACION.
    ATTE. JOSE BOLAÑOS
    SECCION . G-001-N
    ING. MECANICA.

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  40. buenas noches prof dejando constancia de mi asistencia al blog gracias.

    atte. jose bolaños.
    seccion. g-001-n
    ing. mecanica.

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  41. me gustaria saber cual es la primera ley de termodinamica como una ecuacion de rapidez.

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  42. disculpen que moleste aqui pero tengo una duda, es que estoy estudiando para el examen y me enredo con las siglas de los diferentes tipos de flujo por ej:
    F.E.
    P.E.E.
    etc, alguien me podria decir cuales son los significados y si conoce otros, saludos cordiales y desde ya muchas gracias.

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CONTENIDO DE TERMODINAMICA II

OBJETIVO GENERAL
Resolver problemas del área térmica por medio de la aplicación de las leyes y conceptos fundamentales de la termodinámica.

SINOPSIS DE CONTENIDO
Con esta asignatura se complementan los conocimientos adquiridos en Termodinámica I profundizando en la aplicación de las leyes fundamentales de termodinámica para la resolución de problemas en el área térmica. La asignatura consta de cinco (5) unidades:
UNIDAD 1: Gases reales y relaciones termodinámicas.
UNIDAD 2: Combustión.
UNIDAD 3: Ciclos de potencia.
UNIDAD 4: Psicrometría.
UNIDAD 5: Ciclos de refrigeración.

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS GENERALES
· Diálogo Didáctico Real: Actividades presenciales (comunidades de aprendizaje), tutorías y actividades electrónicas.
· Diálogo Didáctico Simulado: Actividades de autogestión académica, estudio independiente y servicios de apoyo al estudiante.

CONTENIDO DE TERMODINAMICA II

UNIDAD 1: GASES REALES Y RELACIONES TERMODINÁMICAS

1.1 Gases reales: Comportamiento PVT. Cartas generalizadas.
1.2 Relaciones termodinámicas: Relación de Maxwell. Ecuación de Clapeyron. Cambio de energía interna, entalpía y entropía para mezcla de gases ideales. Fugacidad

UNIDAD 2: COMBUSTIÓN

2.1 Combustión: Combustibles, tipos y propiedades. Proceso de combustión. Análisis de los productos de la combustión. Entalpia de formación. Primera ley aplicada a procesos de combustión. Temperatura de flama adiabática. Entalpía y energía interna de calor de reacción combustión. Segunda ley aplicada a procesos de combustión. Consideraciones acerca de los procesos reales de combustión.

UNIDAD 3: CICLOS DE POTENCIA

3.1 Ciclos de potencia: Ciclos de potencia: Ciclo Rankine, ciclo de recalentamiento, ciclo regenerativos, ciclo Otto, ciclo Diesel, ciclos sobrealimentados, ciclo Brayton, ciclo Brayton con regeneración, ciclo de turbina de gas con múltiples etapas de compresión, con interenfriamiento, y expansión con recalalentamiento ciclo de impulso por reacción.


UNIDAD 4: PSICOMETRÍA

4.1 Mezcla aire-vapor de agua y sus propiedades: modelo simplificado. Primera ley aplicada a mezcla “aire – vapor de agua”. Procesos psicrométricos más comunes: calentamiento sensible, saturación adiabática, calentamiento, enfriamiento, proceso adiabático, secado adiabático. Temperatura de bulbo húmedo y de bulbo seco. Mezclas reales y propiedades pseudo-críticas. Diagrama psicrométrico. Procesos sobre diagrama psicrométrico.

UNIDAD 5: CICLOS DE REFRIGERACIÓN

5.1 Ciclo de refrigeración por compresión de un vapor. Ciclo de refrigeración por absorción de amoníaco. Ciclo de aire de refrigeración.

Contenido de la Materia Termodinamica I

OBJETIVO GENERALAplicar las leyes fundamentales de la termodinámica en el estudio de los sistemas termodinámicos.- SINOPSIS DE CONTENIDOEsta asignatura introduce al estudiante en el análisis de los sistemas termodinámicos mediante la aplicación de las leyes fundamentales de la termodinámica. La asignatura se divide en seis (6) unidades que se especifican a continuación:
UNIDAD 1: Definiciones y conceptos fundamentales.
UNIDAD 2: Propiedades termodinámicas.
UNIDAD 3: Gases ideales.
UNIDAD 4: Calor y trabajo.
UNIDAD 5: Primera ley de la termodinámica.
UNIDAD 6: Segunda ley de la termodinámica.

contenido de la materia termodinamica

UNIDAD 1: DEFINICIONES Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES
La termodinámica desde el punto de vista de energía y entropía. Estudio de la materia desde el punto de vista macroscópico. Enfoque macroscópico de la termodinámica. Conceptos de sistema continuo. Dimensiones primarias y secundarias. Sistemas de unidades. Sistemas Internacional (SI), Sistema Inglés de Ingeniería. Sistema Métrico de Ingeniería. Sistema y volumen de control. Propiedades y estados de una sustancia. Proceso y ciclo.

UNIDAD 2: PROPIEDADES TERMODINÁMICAS
Conceptos termodinámicos de presión y temperatura. Ley cero de la termodinámica. Escala de temperatura. Volumen específico. Sustancia pura. Conceptos fundamentales sobre equilibrio de fases de una sustancia pura. Propiedades de una sustancia compresible simple. Compresibilidad isobárica e isotérmica. Energía interna. Entalpía. Calores específicos a presión y volumen constante. Uso de tablas y gráficos de propiedades termodinámicas.

UNIDAD 3: GASES IDEALES
Ecuación de gas ideal. Gases ideales. Mezcla de gases ideales. Ley de Boyle. Ley de Charles. Ley de Avogadro. Experimento de Joule. Ecuaciones de estado para gases densos. Gases reales. Factor de compresibilidad. Ecuación de Van Walls. Ecuación de Radlich y Kwong. Ecuación de Beattie-Bridgeman.

UNIDAD 4: CALOR Y TRABAJO
Definición de Trabajo. Unidad de trabajo. Expresiones de trabajo para sistemas con límite móvil, tanto termodinámicos como de otra clase. Definición de calor. Comparación entre calor y trabajo.

UNIDAD 5: PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Primera Ley de la termodinámica para un sistema que sigue un ciclo. Aplicación de la Primera Ley para sistemas cerrados constante. Procesos Isotérmicos. Procesos Adiabáticos. Procesos Politrópicos. Primera Ley para sistemas abiertos. Procesos de flujo permanente. Primera Ley para un volumen de control. Procesos de estado estable y flujo estable. Procesos de estado uniforme y flujo uniforme.

UNIDAD 6: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Máquinas térmicas y refrigeradoras. Postulados de Kelvin-Plank. Teorema de Claussius. Procesos reversibles y factores que le afectan. Ciclo de Carnot. Concepto de entropía. Diagramas temperatura-entropía. Proceso isoentrópico. Relación de la entropía con otras propiedades termodinámicas. Relaciones isoentrópicas para gases perfectos. Segunda Ley de la termodinámica. Aplicación de la Segunda Ley a sistemas cerrados. Cambios de entropía en sistemas cerrados durante procesos irreversibles. Producción de entropía. Principios de incremento de la entropía. Aplicaciones de la Segunda Ley a un volumen de control.

BIBLIOGRAFÍA

·Cengel, Y. y Boles, M. (2006) Termodinámica. Quinta Edición. Mc Graw-Hill.
· Faires, V. Termodinámica. Uteha.
· Holman J.P. Termodinámica. Mc Graw-Hill.
· J Keenan, J. y Keyes, G. Tabla de Gases John Wiley and Sons Inc.
· Keenan, J. y Keyes, G. Propiedades Termodinámicas del Vapor de Agua. John Wiley and Sons Inc.
· Keenan, J. y Keyes, G. Tablas de Vapor. John Wiley and Sons Inc.· Somtag, R y Van Wylen, G.
Introducción a la Termodinámica Clásica y Estadística. Limusa.
Van Wylen, G.. Fundamentos de Termodinámicas. Limusa.