Primera ley termodinamica
Andrea RevelesTrabajo2 de Marzo de 2018
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- PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
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ÍNDICE
3 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 1
3.1 Transferencia de Calor: 3
3.1.1 Proceso Adiabático: 3
3.1.2 Transferencia de calor por Conducción: 5
3.1.3 Transferencia de calor por Convección: 6
3.1.4 Transferencia de calor por radiación: 8
3.2 Trabajo: 9
3.2.1 Tipos comunes de energía: 10
3.2.2 Trabajo de fronteras: 11
3.2.3 Trabajo a volumen constante (proceso isocórico): 14
3.2.4 Trabajo a presión constante (proceso isobárico): 14
3.2.5 Trabajo a temperatura constante (proceso isotérmico): 15
3.2.6 Trabajo para un proceso politrópico: 16
3.2.7 Otros tipos de trabajo: 18
3.3 Primera Ley de la Termodinámica: 20
3.3.1 Convención de signos: 20
3.3.2 Sistemas cerrados: 21
3.3.3 Sistemas cerrados en ciclo: 23
3.4 Calores Específicos: 24
3.4.1 Calor específico a volumen constante: 24
3.4.2 Calor específico a volumen constante: 25
3.4.3 Substancia simple: 27
3.5 Energía interna, entalpía y calores específicos de gases ideales: 27
3.5.1 Relación entre CP y Cv para gases ideales: 30
3.5.2 Valores de u, h, Cv y CP: 31
3.5.3 Valores promedios de Cv y CP. 32
3.5.4 Cálculo de u y h. 33
3.6 Energía interna, entalpía y calores específicos de sólidos y líquidos: 35
3.7 Metodología para la solución de problemas: 37
- Transferencia de Calor:
Debe recordarse que el CALOR es energía en transición, a través de la frontera del sistema, como consecuencia exclusiva a la diferencia de temperaturas entre el sistema y sus alrededores.
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- Proceso Adiabático:
Se dice que un proceso es adiabático, cuando el sistema está perfectamente aislado de forma que la transferencia de calor es inexistente.
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El calor neto transferido a un sistema está definido como:
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donde Qentrada y Qsalida son las magnitudes de la cantidad de calor transferidas y Qneto es la cantidad neta de calor transferida hacia o desde el sistema.
Puesto que la tranferencia de calor depende del tipo de proceso como se desarrolla, entonces la transferencia de calor diferencial, Q, se conoce como diferencial inexacta.
A menudo, también se utiliza el concepto de transferencia de calor por unidad de masa en el sistema, y se expresa como:
[pic 5]
Existen tres mecanismos fundamentales de transferencia de calor a través de las fronteras de un sistema.
Estos mecanismos son:
- Conducción
- Convección
- Radiación
- Transferencia de calor por Conducción:
La conducción de calor corresponde al intercambio gradual y progresivo de energía entre las moléculas de una substancia.
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La transferencia de calor por conducción, está descrita por la Ley de Fourier:
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donde:
Cantidad | Significado y unidades |
[pic 8] | Transferencia de calor por conducción por unidad de tiempo (W) |
[pic 9] | Conductividad térmica (W/m K) |
[pic 10] | Superficie normal al flujo de calor (m2) |
[pic 11] | Gradiente de temperatura en la dirección del flujo de calor (°C/m) |
- Transferencia de calor por Convección:
La transferencia de calor por convección es un modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y un fluido (líquido o gas) adyacente y que se encuentra en movimiento, involucrando los efectos combinados de conducción y movimiento del fluido.
[pic 12]
Existen dos formas de transferencia de calor por convección: natural y forzada.
La convección natural ocurre por diferencias de densidad del fluido adyacente.
La convección forzada ocurre por la existencia de una fuente de energía mecánica externa, que mueve al fluido circundante.
[pic 13]
La rapidez de transferencia de calor por convección, está determinada por la Ley de Enfriamiento de Newton:
[pic 14]
donde:
Cantidad | Significado y unidades |
[pic 15] | Transferencia de calor por convección por unidad de tiempo (W) |
[pic 16] | Coeficiente de convección térmica (W/m2 K) |
[pic 17] | Superficie normal al flujo de calor (m2) |
Ts | Temperatura de la superficie sólida (K) |
Tf | Temperatura del fluido, alejado de la superficie (K) |
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