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7/24/2019 oia en Sistemas Cerrados

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Anlisis de Energa en Sistema

Cerrados

Termodinmica 1


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Objetivos

Examinar el trabajo de frontera mvil o trabajo P dv que

se encuentra comnmente en dispositivos reciprocantes, Identificar la primera ley de la termodinmica como un

enunciado del principio de conservacin de la energa

para sistemas cerrados. Desarrollar el balance general de energa aplicado a

sistemas cerrados.

Plantear el concepto de calor especfico. Desarrollar ejemplos y aplicaciones practicas.


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Trabajo de Frontera Mvil

Forma Primaria de trabajo en los

motores de automvil.

No puede determinarse con exactitud a

partir de un anlisis termodinmicosolamente.

Por lo tanto se modela como unproceso de cuasi equilibrio (Procesodurante el cual el sistema permaneceen equilibrio todo el tiempo).


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P = Presin Inicial del Gas.V = Volumen Total.

A = rea Transversal


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Trabajo de Frontera MvilUn gas puede seguir varias trayectorias diferentes cuando

se expande del estado 1 al estado 2.

Por lo tanto en general cada trayectoria tendr una readiferente debajo de ella y por lo tanto la magnitud serdiferente


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Si la relacin entre P y V durante un proceso deexpansin o compresin se da en trminos de datosexperimentales en vez de una formula funcional.

Es evidente que no se podr efectuar la integracin, perose podr graficar el diagrama P y V del proceso usando

estos puntos de fatos y calculando grficamente el rea.


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Trabajo de Frontera MvilAdicionalmente, no es posible hablar de la presin de un

sistema durante un proceso de no cuasi equilibrio ya que

las propiedades son definidas para estados en equilibrio.

Donde Pi = Presin interna en la cara del mbolo

En un motor de Automvil el trabajo ser:


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Proceso PolitrpicoGeneralmente los procesos de Compresin y Expansin

de gases reales, la presin y el volumen a menudo se

relacionan por medio de:

Donde: C y n son constantes


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Balance de Energia para Sistemas CerradosEl balance de energa para cualquier sistema que

experimenta alguna clase de proceso se expresa como:

Frecuentemente esta relacin se denomina balance deenerga y es aplicable a cualquier tipo de sistema que pasapor cualquier tipo de proceso.


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Calores especficosEs la energa requerida para elevar en un grado la

temperatura de una unidad de masa de una sustancia.

En termodinmica, el inters se centra en dos clases de

calores especficos: Calor especifico a volumen constante CV

Calor especifico a presin constante CP


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Calores especficosLa definicin formal de calor especifico es:

Cambio de energa internacon la temperatura a volumen

constante

Cambio de entalpia con la

temperatura a presinconstante


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Energia interna, entalpia y calores

especficos de gases idealesSe define gas ideal a un gas cuya temperatura, presin y

volumen especifico se relacionan mediante

Con la definicin de entalpia y la ecuacin de estado de

gas ideal se tiene


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especficos de gases idealesPuesto que para un gas ideal uy hdependen nicamente

de la temperatura, por lo tanto los calores especficos CV

yCP dependen tambin solo de la temperatura.

Por lo tanto el cambio de energa interna y entalpia ser


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especficos de gases ideales

Existen tres formas para calcular calores especficos:

1. Mediante los datos tabulados de u y h.

2. Por medio de las relaciones Cv o Cp como una funcin de la

temperatura para despus llevar a cabo las integraciones.3. Con el empleo de calores especficos promedio.


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Relaciones de calores especficos de gases

idealesUna relacin especial entre Cv y Cp para gases ideales se

obtiene al derivar la relacin , la cual

produce

Se obtiene tambin la relacin de calores especficos


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especficos para lquidos y slidosUna sustancia cuyo volumen especifico (o densidad) es

constante se llamasustancia incompresible.

Los volmenes especficos de slidos y lquidos enesencia permanecen constante durante un proceso.


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especficos para lquidos y slidos

Se puede demostrar matemticamente que los calores

especficos a presin y volumen constante son idnticospara sustancias incompresibles.

Por lo tanto para slidos y lquidos, los subndices v y p

se eliminan y ambos calores se pueden representar conun solo smbolo C


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Cambios de energa internaAl igual que los gases ideales, los calores especficos de

sustancias incomprensibles dependen solo de la

temperatura, as el cambio de energa interna entre losestados 1 y 2 se obtiene por integracin.

Para pequeos intervalos de temperatura, un valor de c ala temperatura promedio se puede usar y tratar comouna constante, de lo que se obtiene


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Cambios de entalpiaTomando en cuenta la definicin de entalpia

y observando que v= constante, la forma diferencial del

cambio de entalpia de sustancias incomprensibles sedetermina mediante derivacin, como

E integrando


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Cambios de entalpiaPara slidos, el termino es insignificante por lo

tanto

Para lquidos, comnmente se encuentran dos casosespeciales:1. Procesos a presin constante, como en los calentadores

2. Para procesos a temperatura constante, como en las bombas

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