Analisis Alterno

INTRODUCCION

Los procesos industriales dependen en gran parte del desarrollo y aplicación de áreas de ingeniería para que sean más seguros, eficientes y se logre ejecutar el proceso para el cual fueron diseñados.

El presente trabajo contiene el desarrollo del TC1, basados en la temática de la Ley Cero Termodinámica, Primera Ley de Termodinámica y El trabajo; se pretende una vez interiorizado cada una de las teorías, conceptos y ecuaciones de la temática relacionada, describir, identificar y comprender su estado para definir consumo energético y trabajo desarrollado por un sistema termodinámico por simple que parezca.

Siendo así es necesario comprender por ejemplo que la Ley Cero cuyo origen data de los años 1931, formulada por R.H Fowler, quien estableció: Cuando dos cuerpos tienen igualdad de temperatura con un tercer cuerpo, a la vez tienen igualdad de temperatura entre sí, siendo la ley cero de la termodinámica, la base de la medición de la temperatura.

Por su parte, la primera ley de la termodinámica establece que durante cualquier ciclo que experimente un sistema la integral cíclica del calor es proporcional a la integral cíclica del trabajo.

En otras palabras esta ley nos dice que la variación de la energía interna de un sistema es igual a la energía que se trasfiere o recibe del entorno en forma de calor y trabajo, de esta manera se cumple la ley de la conservación de le energía. Matemáticamente se puede expresar de la siguiente manera:

Ecuación 2.

Ecuación 3.

Cuando la ecuación 1.3 se integra desde un estado inicial 1 a un estado final 2 (ciclo) se obtiene:

Q2= E2-E1+1W2 Ecuación 4.

En donde Q2 es el calor transferido durante el proceso, W2 es el trabajo realizado durante el mismo proceso, y E es el valor de todas las energías presentes en el ciclo.

Recordemos que trabajo está definido como la acción de una fuerza F a través de un desplazamiento x. El Calor se define como la forma de energía que, a temperatura dada, se transfiere a través de los límites de un sistema a otro (o a su entorno) que está a menor temperatura.

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo general

Reconocer y aplicar los principios fundamentales de la ley cero y la primera ley de la termodinámica y el trabajo desarrollado en procesos industriales, domésticos y comunes de nuestra vida rutinaria.

1.2 Objetivos específicos

-Identificar los diferentes sistemas termodinámicos y analizar sus propiedades.

-Diferenciar y clasificar correctamente los diferentes procesos termodinámicos.

-Comprender el concepto de trabajo cada una de sus variables y de esta manera ejecutar los cálculos que se requieran en un momento dado.

2. ACTIVIDADES A DESARROLLAR

Describir muy bien cinco sistemas termodinámicos reales de su hogar o empresa en donde trabajen. Para cada sistema termodinámico se debe:

-Identificar el sistema termodinámico y los alrededores del sistema.

-Identificar si se trata de un sistema abierto, un sistema cerrado o un sistema aislado.

-Indicar el tipo de proceso al que se está sometiendo el sistema: isotérmico, isobárico, isocórico o adiabático. Del total, debe haber al menos uno de cada uno.

-Calcular consumos energéticos en donde quede claro el procedimiento utilizado, paso por paso.

-Con base al tipo de proceso, calcule el trabajo realizado sobre el sistema.

DESARROLLO

1. Termo que contiene Agua Fría

Un termo que contiene agua fría (se incluye el agua con trozos de hielo para bajar la temperatura del líquido hasta enfriar el contenido del líquido igualando la temperatura en el interior del termo).

Frontera: Material del termo (fabricado normalmente en plástico, pero con suficiente espesor para mantener el líquido con baja temperatura).

Alrededor: Medio ambiente que rodea el termo.

Clase de Sistema: Cerrado

Tipo de Proceso: Adiabático (no hay transferencia o pérdida de calor).

Por tratarse de un proceso adiabático sabemos que no existe transferencia de calor. Entonces expresamos la primera ley de la termodinámica de la siguiente manera:

Se considera que durante un corto periodo de tiempo en el que se extrae agua del termo el volumen disminuye, pero el proceso sigue siendo adiabático.

W = P (V2-V1)

Al tratarse de un líquido el cálculo es sencillo, solo es necesario conocer la variación del volumen en el interior del termo.

2. Ducha eléctrica de agua

Descripción: Calentador de agua que incluye el uso de una resistencia eléctrica que calienta el agua que entra al compartimiento, logrando que esta adquiera una temperatura mucho mayor a la de entrada.

Sistema: abierto

Frontera: Material aislante con el que se recubre la resistencia eléctrica para evitar el contacto con elemento resistor y la energía eléctrica en este caso.

Entorno: Boquilla de la ducha / Exterior de la resistencia eléctrica.

Proceso: Isobárico. / Isocórico

Se considera cuando la ducha está en operación, en este caso cuando está en uso, en este momento entra agua fría al compartimiento de la ducha, casi al instante el agua caliente se proyecta en forma de brisa o chorro por la boquilla de la ducha, se analiza el sistema como un volumen de control, es decir las condiciones de entrada del agua y las condiciones de salida del agua.

1=

P1=p2

V1=V2

T1≠T2

Como en el interior no hay cambios de energía cinética (mismo volumen) ni de energía potencial (no hay cambios de altura considerables). Se tiene en cuenta el cambio de energía interna.

= +

= +

(U2-U1)+P(V2-V1) = (U2-U1)+(PV2-PV1) =(U2+PV2)-(U1-PV1)

Y puesto que h(entalpia) es igual a (U-PV) reemplazamos y obtenemos:

(h2-h1)- = pero como es igual a 0, Se puede calcular el consumo energético tan solo con la variación de las entalpias, si se conoce el estado del agua de tal manera que se puede buscar en tablas termodinámicas los valores de las entalpias para las temperatura dadas.

Otra forma sencilla de calcular el consumo energético es:

U2-U1= -

Pero como no hay cambio del volumen (proceso Isocórico)

= P(V2-V1) = 0

Luego el consumo energético está dado por el flujo de calor de la resistencia eléctrica al agua, expresado de la siguiente manera:

U2-U1=

Aproximadamente este valor está en 8Kcal/seg.?

3. Olla en acero inoxidable herméticamente cerrada, usada para hervir agua

Descripción: La cocción agua dentro de un recipiente herméticamente cerrado, usado para esta labor diaria en el hogar, el proceso implica llevar el agua hasta el estado de ebullición, manteniendo la olla tapada.

La olla a Presión: Sistema Cerrado – Proceso Isocórico, -desde que se pone al fuego hasta que realiza su primera descarga - es un recipiente de paredes gruesas que contiene un gas determinado, al que se le suministra calor, observamos que la temperatura y presión interna se elevan, pero el volumen se mantiene igual.

Sistema: Cerrado

Frontera: Material de la olla, en este caso acero inoxidable y otras aleaciones, usada

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