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FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA SECCION INGENIERIA MECANICADEPARTAMENTO DE INGENIERIA AREA DE ENERGIA

TERMODINAMICA

FORMAS EN QUE SE MANIFIESTA LA ENERGIA

ENERGIA CINETICA (EC)

Es la energía almacenada en un sistema por virtud del movimiento del sistema. Es una propiedad extensiva.

EC = ½ m Ṽ2 ec = ½ Ṽ2 EC = EC2 - EC1 (Ṽ = velocidad)

ENERGIA POTENCIAL (EP)

Es la energía almacenada en un sistema como resultado de su ubicación en el campo gravitacional de la tierra. Es una propiedad extensiva.

EP = m g Z ep = g Z EP = EP2 -EP1 (Z = altura)

ENERGIA INTERNA (U)

Es la forma de energía almacenada en un sistema relacionada con la energía potencial y cinética de las moléculas de la sustancia. La energía cinética de las moléculas está asociada con los movimientos de traslación, rotación y vibración de las moléculas. Estos movimientos moleculares aumentan conforme se incrementa la temperatura. La energía potencial molecular está relacionada con las fuerzas ejercidas entre moléculas. Es una propiedad extensiva. Depende fundamentalmente de dos variables independientes: temperatura y volumen específico. u = f(v,T)

CALOR (Q)

Es una forma de transferencia de energía entre un sistema y sus alrededores, como consecuencia de una diferencia de temperatura entre un sistema y sus alrededores, a través de aquellas porciones de los límites del sistema en que no hay transferencia de masa.

Signos: (+) cuando ingresa calor al sistema(--) cuando sale calor del sistema

TRABAJO (W)

Es una forma de transferencia de energía entre un sistema y sus alrededores, como consecuencia de una diferencia en una propiedad intensiva diferente de la temperatura, entre un sistema y sus alrededores, a través de aquellas porciones de los límites del sistema en que no hay transferencia de masa.

El trabajo es una interacción entre un sistema y sus alrededores, y lo desempeña el sistema si el único efecto externo a las fronteras del sistema podría consistir en la elevación de un peso.

Signos: (+) cuando sale trabajo del sistema(--) cuando ingresa trabajo al sistema

PROF. J. TAMASHIRO H.

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Características del calor y del trabajo :

Son fenómenos transitorios, momentáneos. Son energías no almacenables. Los sistemas nunca poseen calor o trabajo, pero uno de

ellos, o ambos, cruzan los límites del sistema cuando un sistema sufre un cambio de estado. Son fenómenos de frontera, se manifiesta en los límites del sistema; es energía que cruza

los límites. No son propiedades termodinámicas porque su magnitud no dependen sólo de los

estados inicial y final de un proceso, sino también de la trayectoria. Son funciones de trayectoria y sus diferenciales son inexactas.

∫1

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∂W=W 12 ∫1

2

∂Q=Q12

FORMAS EN QUE SE PUEDE MANIFESTAR EL TRABAJO :

Trabajo mecánico: es el realizado por fuerzas externas actuando sobre las fronteras del sistema; como resultado pueden variar la energía cinética y la energía potencial del sistema más no las magnitudes de estado (o propiedad).

Wm = - EC - EPTrabajo de fricción: es el trabajo realizado por fuerzas que actúan tangencialmente al límite del sistema. Este trabajo se transforma totalmente en calor.

Ww = Qw

Trabajo eléctrico: es el trabajo realizado como consecuencia de una diferencia de potencial eléctrico. Se puede transformar en calor a través de una resistencia eléctrica.

WE = - V I t (V = voltaje, I = amperaje , t = tiempo)

Trabajo técnico o al eje: es el trabajo que se manifiesta a través de un eje en movimiento rectilíneo o rotativo.

Eje movimiento rectilíneo Wt = F X (F = fuerza, X = distancia)

Eje movimiento rotatorio Wt = wa t ( = torque , wa = velocidad angular , t = tiempo)

Wt = 2 π n t /60 (n = rpm)

Trabajo de flujo o de desplazamiento: es la energía requerida para introducir o extraer masa de un volumen de control. No es realmente trabajo desde el punto de vista termodinámico, en razón de que se manifiesta en el flujo de masa, se trata más bien de una propiedad de la sustancia.

Wf1 = p1 V1

Trabajo de cambio de volumen o al límite móvil (trabajo de expansión o de compresión): es el trabajo realizado por el desplazamiento de las fronteras o límites del sistema, debido a fuerzas externas que actúan perpendicularmente en el límite y que dan lugar a una variación del volumen del sistema.

Wv = ∫ p dV

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TRABAJO DE CAMBIO DE VOLUMEN

DIAGRAMA p-v: trabajo de cambio de volumen

Si un proceso se grafica en un diagrama p-v, el área bajo la trayectoria representa el trabajo de cambio de volumen:

Trabajo de cambio de volumen para diferentes procesos:

Proceso Sustancia pura Gas ideal

isócoro wv = 0 wv = 0

isobárico wv = p (v2 –v1)wv = p (v2 – v1)

wv = R (T2 – T1)

p v = Cwv = p v ln (v2/v1)

wv = p v ln (p1/p2)

Isotérmico

wv = p v ln (v2/v1) = R T ln (v2/v1)

wv = p v ln (p1/p2) = R T ln (p1/p2)

p vn = C wv = (p2 v2 – p1 v1) / (1-n)

Politrópico

wv = (p2 v2 – p1 v1) / (1-n)

wv = R (T2 – T1) / (1-n)

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Wv

w v12=∫1

2pdv=área bajo la curva en el p-v