APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA

APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICASistemas cerradosUn sistema cerrado es uno que no tiene intercambio de masa con el resto del universo termodinmico. Tambin es conocido como masa de control.El sistema cerrado puede tener interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, as como puede realizar trabajo a travs de su frontera.La ecuacin general para un sistema cerrado (despreciando energa cintica y potencial y teniendo en cuenta el criterio de signos termodinmico) es:

Donde Q es la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el sistema, W es el trabajo total e incluye trabajo elctrico, mecnico y de frontera; y U es la energa interna del sistema.

Sistemas abiertos

Sistemas abiertos en estado estacionario

Sistema Aislado Es aquel sistema en el cual no hay intercambio ni de masa ni de energa con el exterior.Compresor de aireEjemplos de aplicaciones para la primera ley de la Termodinmica de dispositivos en la industria que operan en estado estable - flujo estable

Ejemplo:Un compresor succiona aire del medio ambiente a una presin absoluta de 100 kPa y 27 C. La presin del aire del lado de la descarga del compresor es de 400 kPa y su temperatura de 197 C. La velocidad del aire del lado de la succin (entrada) del compresor es prcticamente despreciable, mientras que la velocidad del aire del lado de la descarga (salida) es de 90 m/s. El flujo de masa del aire que circula a travs del compresor es de 1,000 kg/min. El compresor opera en condiciones adiabticas. Determine la potencia del compresor, (kJ/s).

Balance (de primera ley)

Trabajo y calor en Procesos TermodinmicosTrabajo termodinmico: de expansin (o de comprensin)La transferencia de energa interna asociada a una variacin de volumen se denomina trabajo termodinmico. Una forma de trabajo muy importante es la relacionada con los cambios de volumen, expansiones o comprensiones, que tiene lugar en un sistema bajo la accin de una presin exterior.Consideramos un sistema termodinmico simple (i.e. un sistema que solo puede intercambiar trabajo con sus alrededores solo por cambio de volumen el cual es denominado trabajo P-V), CALOR Definiremos el CALOR como la diferencia entre el trabajo total realizado en un proceso entre los estados inicial y final de un proceso y el trabajo en un proceso adiabtico que une esos mismos estados. (Q if ) = Wif (Wif )Q=0 Usando esta definicin y recordando la expresin para el trabajo adiabtico en funcin de la energa interna: (W12 )Q=0 = U(X2) U(X1) podemos formular el Primer Principio como: Q if ) Wif = U(X2) U(X1) (21) o en un proceso diferencial como: Q W = dUComparacin de Calor y trabajoAl Al igual que el calor, el trabajo es una interaccin de energa entre un sistema y sus alrededores. La energa es capaz de cruzar la frontera de un sistema cerrado en forma de calor o de trabajo. En consecuencia, si la energa que cruza la frontera de un sistema cerrado no es calor, debe ser trabajo. El calor es fcil de reconocer: la fuerza que lo posibilita es una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores. Entonces es posible afirmar, con cierta simplicidad, que una interaccin de energa no provocada por una diferencia de temperatura entre un sistema y sus alrededores, es trabajo. De manera ms especfica, el trabajo es la transferencia de energa asociada con una fuerza que acta a lo largo de una distancia. La elevacin de un mbolo, un eje que gira y un alambre elctrico que cruzan las fronteras del sistema son casos asociados con interacciones de trabajo.

Comparacin de Calor y trabajoEl trabajo es tambin una forma de energa como el calor y, por lo tanto, tiene unidades de energa como kJ. El trabajo efectuado durante un proceso entre los estados 1 y 2 se denomina W12, o an ms simple W.Tanto el calor como el trabajo son cantidades direccionales y, en consecuencia, la descripcin completa de su interaccin requiere de la especificacin tanto de su magnitud como de su direccin. Una forma de hacer esto es adoptando un signo convencional. La forma convencional, generalmente aceptada, de signo formal para la interaccin del calor y del trabajo es como sigue: la transferencia de calor hacia un sistema y el trabajo hecho por un sistema son positivos; la transferencia de calor desde un sistema y el trabajo hecho sobre un sistema son negativos.