Energia Calor Trabajo

8/18/2019 Energia Calor Trabajo

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ENERGIA, TRANSFERENCIA

DE ENERGIA, Y ANALISISGENERAL DE ENERGIA


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Objectivos

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Introducir el concepto de energia y definir sus multiples formas

Discutir la naturaleza de la energia interna

Definir el concepto de calor y la termonologia asociada con la

transferencia de energia por calor.

Discutir los tres mecanismos de transferencia de calor: Conduccion,

Conveccion y Radiacion.

Definir el concepto de trabajo, incluyendo trabajo electrico y varias

formas de trabajo mecanico.

Introducir la primera ley de la termodinamica, balances de energia y

mecanismos de transferencia de energia hacia o desde un sistema.

Determine que fluido fluye a traves de una superficie de control de un

volumen de control junto con cualquier transferencia de energía através de la superficie de control que puede ser en forma de calor y /

o trabajo.

Definir eficiencias de conversion de energia

Discutir las implicaciones de la conversion de energia en el ambiente


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INTRODUCCION• Si tomamos la habitación entera - incluyendo el aire y el refrigerador (o

ventilador) - como el sistema, el cual es un sistema cerrado adiabático ya que

la habitación está bien sellada y bien aislado, la única interacción energía

involucrada es el cruce de la energía eléctrica los límites del sistema y entrar

en la habitación.

• Como resultado de la conversión de la energía eléctrica consumida por el

dispositivo a calor, la temperatura ambiente se elevará.


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FORMAS DE ENERGIA

• La energía puede existir en numerosas formas, tales como térmica, mecánica,

cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear, y su suma

constituye la energía total, E de un sistema.

• La Termodinámica trata solamente con el cambio de la energía total.

• Formas macroscópicas de energía: Aquellas que posee un sistema en suconjunto con respecto a algún marco de referencia exterior, como las energías

cinética y potencial.• Formas microscópicas de energía: Están relacionados con la estructura

molecular de un sistema y el grado de la actividad molecular.

• La energía interna U: La suma de todas las formas microscópicas de energía.


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La energía macroscópica de un objeto cambia con la velocidad y

la elevación.

La energía cinética, KE: La energía que posee un sistemacomo resultado de su movimiento con relación a algún marco dereferencia.

La energía potencial, PE: La energía que posee un sistemacomo resultado de su elevación en un campo gravitatorio

FORMAS DE ENERGIA


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Energia totalde un sistema

Energia de un sistema por

unidad de masa

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Energia total por

unidad de masa

Energia cinetica

Energia cinetica

por unidad de

masa

Energia Potencial

Energia potencial

por unidad de masa

Flujo masico


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•

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La energía total de un

sistema, se puede contener o se

almacena en un sistema, y por lo

tanto se puede ver

como las formas estáticas deenergía.

Las formas de energía que no

están almacenados en un sistema

pueden ser vistos como las formasdinámicas de energía o como las

interacciones de energía.Las formas dinámicas de la energía

se reconocen a los límites del

sistema, ya que la cruzan, y

representan la energía ganada o

perdida por un sistema durante un

proceso.

Las dos únicas formas de interacciones de energía asociados con un

sistema cerrado son calor y trabajo . La diferencia entre calor y trabajoes que en el calor el potencial es la diferencia de temperatura, de locontrario es trabajo.


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Energía mecánicaEnergia Mecanica : La forma de energía que se puede convertir entrabajo mecánico por completo y directamente por un dispositivo

mecánico ideales tales como una turbina ideal. Energías cinética ypotencial: Las formas familiares de la energía mecánica

La energía mecánica de un fluido que fluye

por unidad de masa

Tasa de energía mecánica

de un fluido que fluye

Variación de energía mecánica de un fluido durante el flujo incompresible por unidad de

masa

Tasa de cambio de energía mecánica de un fluido durante el flujo

incompresible


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• Se va a generar electricidad instalando un turbogenerador en

un lugar a 160 m debajo de la superficie de un gran depósitode agua, que puede suministrarla continuamente a 3.500 kg/s.

Calcule la potencia que se pueda generar. Resp. 5493 Kw

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12Respuestas: a) 0,866 kJ/Kg; b) 433,25 MJ


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TRANSFERENCIA DE ENERGÍA POR

CALORCalor: La forma de energía quese transfiere entre dos sistemas

(o un sistema y sus

alrededores) debido a una

diferencia de temperatura.


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Energia es

reconocida

con calor solo

cuando esta

cruza la

frontera del

sistema

calor por unidad de

masa

Calor cuando la razon

de transferencia de

calor es constante


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MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

(RAZON J/S=W)

• Conducción: La transferencia de energía desde las partículas másenergéticas de una sustancia a los menos energéticos adyacentes

como resultado de la interacción entre las partículas.

• Convección: La transferencia de energía entre una superficie sóliday el fluido adyacente que está en movimiento, y se trata de losefectos combinados de conducción y el movimiento del fluido.

• Radiación: La transferencia de energía debido a la emisión de lasondas electromagnéticas (o fotones)

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ENERGIA TRANSFERIDA POR TRABAJO

• Trabajo: La transferencia de energía asociadacon una fuerza que actúa a través de una

distancia.Un pistón que se eleva , un eje de rotación, y un

alambre eléctrico de cruzando los límites del sistema están

todos asociados con las interacciones de trabajo

Trabajo por

unidad de

masa

Potencia es el trabajo

por unidad de tiempo

(kW)


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CALOR Y TRABAJO

Ambos son reconocidos en los límites de

un sistema de medida ya que cruzan las

fronteras. Es decir, tanto el calor y el

trabajo son fenómenos de frontera.

Sistemas poseen energía, pero no calor

o trabajo.

Ambos están asociados con un proceso,

no un estado.

A diferencia de las propiedades, el calor

o el trabajo no tiene sentido en un

estado.

Ambos son funciones de trayectoria (es

decir, sus magnitudes dependen de la

trayectoria seguida durante un proceso,

así como los estados finales)


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Convención Formal de signos: el calor queingresa a un sistema y el trabajo realizado por

un sistema (salida) son positivos; el calor que

abandona un sistema y el trabajo realizado alsistema (entrada)son negativos


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TRABAJO ELECTRICO

Trabajo Electrico

Potencia electrica


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FORMAS MECANICAS DE TRABAJO

• Hay dos requisitos para una interacción de trabajo entre un sistema y su

entorno para existir:

debe existir una fuerza que actúa sobre el límite.

el límite debe moverse

Trabajo = Fuerza× Distancia

Si no hay movimiento no

hay trabajo.


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TRABAJO

DE EJE

Una fuerza F que actúa

a través de un brazo de

momento r genera unTorque T

Trabajo

al eje

La potencia trasmitida a traves del eje es el trabajo

del eje por unidad de tiempo


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Trabajo del resorte

Para muelles elásticos lineales, el

desplazamiento x es proporcional a la

fuerza aplicada

k: constante del resorte (kN / m)

k: constante del resorte

(kN/m)

x1 y x2: desplazamiento inicial yfinal


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LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

• La primera ley establece que la energía ni se crea ni se destruye durante el

proceso; sólo puede cambiar de forma.

• La Primera Ley: Para todos los procesos adiabáticos entre dos estados

especificados de un sistema cerrado, el trabajo neto hecho es la mismaindependientemente de la naturaleza del sistema cerrado y los detalles del

proceso.

Hasta el momento se han considerado por separado varias formas de energía

como el calor Q, el trabajo W y la energía total E , y no se ha hecho ningún

intento para relacionarlas entre sí durante un proceso. La primera ley de

la termodinámica, conocida también como el principio de conservación de laenergía, brinda una base sólida para estudiar las relaciones entre las diversas

formas de interacción de energía


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Balance de Energia I

El cambio neto (aumento o disminución) en la energía total del sistema

durante un proceso es igual a la diferencia entre la entrada total de energía

y la energía total que sale del sistema durante ese proceso.

En este enfoque se considera el calor y trabajo como positivos cuandoingresan al sistema y negativos cuando salen del sistema


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Balance de Energia II•

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Cambio de energia del sistema, Esistema

cambios de energia

Interna, cinetica, y potential

EFICIENCIAS DE CONVERSION DE ENERGIA


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EFICIENCIAS DE CONVERSION DE ENERGIA Eficiencia es uno de los términos más utilizados en la termodinámica, e indica qué

tan bien se lleva a cabo un proceso de conversión de energía

Eficiencia de uncalentador de agua:

La razon entre laenergiaproporcionada a lacasa por el aguacaliente a la energia

suministrada alcalentador de agua


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• Generador: Un dispositivo que convierte la energia mecanica en energiaelectrica

• Eficiencia del generador : La razon entre la potencia electrica de salidacon respecto a la potencia mecanica de entrada.

• Eficiencia termica de una planta de potencia: La razon de la potenciaelectrica de salida con respecto a la energia del combustible empleado

Eficiencia global de una planta de

potencia


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Uso de dispositivos de ahorro

energético conserva la energía.

Ayuda al medio ambiente

mediante lareducción de la cantidad de contaminantes

emitidos a la atmósfera durante la

combustión de combustible.

La combustión de combustible produce

dióxido de carbono, causa elcalentamiento globalÓxidos de nitrógeno e hidrocarburos,causa el smog

monóxido de carbono, tóxico

dióxido de azufre, provoca lluvia ácida

fi i i i i i i


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Eficiencias de dispositivos mecanicos yelectricos

Eficiencia Mecanica

La eficacia del proceso de conversión entre el trabajo

mecánico suministrado o extraído y la energía

mecánica del fluido se expresa por la eficiencia de labomba y la eficiencia de la turbina


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Eficiencia del generador

eficiencia global sistema

motor bomba

eficiencia global

sistema turbina

generador

Eficiencia del motor


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Sumario

• Formas de energia

Macroscopica = cinetica + potencial

Microscopic = Energia interna (sensible + latente + quimica + nuclear)

• Energia transferida por calor

• Energia transferida por trabajo

• Formas mecanicas de trabajo

• La primera ley de la termodinamica

Balance de Energia

Cambio de energia de un sistema

Mecanismos de transferencia de energia (calor y trabajo)

• Eficiencias de conversion de energia Eficiencia de dispositivos mecanicos y electricos (Turbinas, Bombas)

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