28725908 Aplicacion de La Primera Ley de La Termodinamica a Equipos Industriales
Primera ley de la termodinamica
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TRABAJO P-VTRABAJO P-V
Trabajo de expansión/compresión de los gases
Pext Pint
dxFd
w 2
1
V
V ext VPw d
Si Pint = Pext a lo largo de todo dV w = wrev
Trabajo realizado sobre el sistema por los alrededores
“Un proceso reversible es aquel en el que el sistema se encuentra siempre infinitesimalmente próximo al equilibrio y un cambio infinitesimal puede invertir el proceso para devolver el sistema y su entorno al estado inicial”
ENERGÍA, CALOR Y TRABAJO.ENERGÍA, CALOR Y TRABAJO.11erer PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA. PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.
Criterio de signosCriterio de signos
SISTEMA
W > 0compresión
W < 0expansión
Trabajo realizado sobre el sistema por el entorno
Casos particulares
Como 2
1
V
VVPw d
Es una integral de línea, depende de cómo cambie P en función de V y T
Casos particulares
1) Expansión reversible de un gas ideal a T cte.
PV = nRT
2
1
V
Vrev VPw d 2
1
V
VV
VnRT
d 2
1
V
VVlnnRT 2
1
V
V VV
-nRTd
)VlnVlnnRT( 12
1
2
VV
lnnRT
Casos particulares
2) Expansión frente a una Pext constante
3) Expansión en el vacío
Pext = 0 wirrev = 0
No es una propiedad característica del sistema. No es algo que posea el sistema. Es una forma de intercambio de energía, una “energía en tránsito”
El trabajo no es función de estado
2
1
V
V extirrev VPw d 2
1
V
Vext VP d )VV(P 12ext VPext
CALORCALOR
Un sistema cede E en forma de calor si se transfiere como resultado de una diferencia de T entre el sistema y el entorno. Si T2>T1 :
Unidad S.I.: Joule 1 cal = 4.184 J
- qced = qabs
m2 c2 (T2 - Tf) = m1 c1 (Tf – T1) ≡ qCantidad de calor que pasa desde cuerpo 2 al 1.
dqp ≡ m cp dT cp = cp (T)Capacidad calorífica a P cte.
Cp
T d
q d C p
p dTc m q2
1pp
T
TT
CALORCALOR
No es una propiedad característica del sistema. No es algo que posea el sistema. Es una forma de intercambio de energía, una “energía en tránsito”
El calor no es función de estado
ENERGÍA INTERNAENERGÍA INTERNA
Energía Interna (U)(Suma de energías a nivel molecular)
• Función de estado• Magnitud extensiva
Epot Ecin ?
ETOTAL = K + V + U
Se escoge sistema de coordenadas donde K y V = 0
E = U
ESIST + EENTORNO = 0
ENERGÍA INTERNAENERGÍA INTERNA
U = q + w 1er Principio de laTermodinámica
¿Cómo podemos aumentar Ude un sistema cerrado?
1) Calentándolo calor2) Realizando un trabajo
dU = dq + dw
SISTEMA
Q > 0
W > 0 W < 0
Q < 0
EJEMPLO: calcular q, w y U
1 mol H2O(l)
25°C y 1 atm
d = 0,9976 g/cm3
1 mol H2O(l)
30°C y 1 atm
d = 0,9956 g/cm3
¡¡Se debe especificar que tipo de proceso se realiza para calcular q y w!!
Calentamiento reversible a P cte. (1 atm)
ENTALPÍA.ENTALPÍA.
H ≡ U + PV Entalpía(H)
• Función de estado• Propiedad extensiva• Unidades de energía
Proceso a P = cte
Relación entre H y U
H = U + (PV)Si P=cte
H = U + PV H Usól/líq
solo
12 UUU
1122p PVUPVUq
wq 2
1
V
Vp VPq d )VP(Vq 12p
HHH 12
U = q + w
1er Principio de la Termodinámica
Proceso a V = cte V2 = V1 dV=0
U = q + 0 = qv
• Nuevo significado de U• Nos da una forma de determinar U
0 2
1
V
V ext VPw d
CAPACIDADES CALORÍFICAS
dT
dq ppC
dTdq
VVC
P cte.
V cte.
PpC
TH
VVC
TU
m
C ppc n
C pmpC , n
C VmVC ,
U y H son funciones de otras variables de estado:
U = U (T, V)
H = H (T, P)
dVV
UdT
T
UdU
TV
dVV
UdTCdU
TV
dPP
HdT
T
HdH
TP
dPP
HdTCdH
TP
PpC
TH
VVC
TU
m
C ppc n
C pmpC , n
C VmVC ,
EXPERIMENTOS DE JOULE Y JOULE-THOMSON
JV C - VU
T
Se define coeficiente de Joule: J
UJ
VT
Se define coeficiente de Joule-Thomson: JT
HJT
PT
JTP C - PH
T
GASES PERFECTOS
Se define un gas perfecto como aquel que cumple con:
PV = nRT y además con 0 VU
T
dVV
UdTCdU
TV
dPP
HdTCdH
TP
dTCdU V )(TUU
Para gases perfectos, U sólo es función de la temperatura, esto permite demostrar que H también es sólo función de T, H = H (T)
0
TP
H
dTCdH P
RELACIÓN ENTRE CAPACIDADES CALORÍFICAS PARA GASES PERFECTOS
PTp
T
V P
V
U C - C V
P
T
V P
P
nR P
R C - C V np
R C - C ,, mVmP
VPp
TU
- TH
C - C V
Proceso Reversible a P cte. o V cte. para gas perfecto.
Ejercicio: Calcular q, w, U para proceso cíclico reversible de 0,1 mol de gas perfecto con CV,m = 1,50 R
P (atm)
V (cm3)
1
2 3
4
1000 2000
1
3
Cambio de FASE Reversible a P cte. para cualquier sistema
H2O (s) H2O (l)
Fu
sión
Co
nge
laci
ón
H2O (s) H2O (g)
Su
blim
aci
ón
De
pos
ició
n
H2O (l) H2O (g)
Va
pori
zaci
ón
Co
nde
nsa
ció
n
Son procesos que ocurren a P y T ctes y el calor involucrado se conoce como CALOR LATENTE DE … (fusión o vaporización o sublimación, etc).
Como P cte qP = H
También se conoce como Entalpía de… cambio de fase (Hfus, Hvap, Hsub, etc)
A P y T ctes qP = m Htrans
La energía en forma de calor se utiliza para cambiar el estado de agregación sin modificar la T.
El CALOR SENSIBLE es la energía en forma de calor que se utiliza para cambiar la T del sistema.
Si sólo P cte qP = m cP T
EJEMPLO: calcular q, w y U
H2O(s)
0°C
Calentamiento reversible a P cte. (1 atm)
1 atmH2O(l)
0°C
H2O(l)
100°C
H2O(v)
100°C
1 atm
CALOR LATENTE
CALOR LATENTE
CALOR SENSIBLE
Calor molar de fusión (Hfus) es la energía requerida para fundir 1 mol de sustancia sólida.
Cambio de FASE Reversible a P cte. para cualquier sistema
H2O(s)
0°C
1 atmH2O(l)
0°CCALOR
LATENTE
RESUMEN PROCESOS TERMODINÁMICOS
Procesos Cíclicos
Cambio de Fase Reversible a T y P ctes.
Calentamiento a P cte. Sin cambio de Fase
Primera Ley: dU = dq + dw
Calentamiento a V cte. Sin cambio de Fase
Cambio de estado de un gas perfecto
Proceso reversible isotérmico de un gas perfecto
RESUMEN PROCESOS TERMODINÁMICOS