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Conceptos Básicos
Formula Descripción Donde
Fuerza (^ )
F= fuerza (newton) m = masa (kg) a = aceleración (m/s^2 )
Peso ( )
P= peso (newton) m = masa (kg) g = gravedad (9.087 m/s^2 )
Trabajo ( ) 1 Joule = 1( N * m)
W = trabajo (newton por metro) (N * m) F= fuerza (newton) d = distancia (m)
Un sistema cerrado conocido también como una masa de control consta de una cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera, es decir ninguna masa puede entrar o salir de un sistema cerrado, pero la energía, en forma de calor o trabajo puede cruzar la frontera; y el volumen de un sistema cerrado no tiene que ser fijo
Un sistema se define como una cantidad de materia o una región ene l espacio elegida para análisis. La masa o región fuera del sistema se conoce como alrededores. La superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores se llama frontera.
Sistemas Cerrados y Abiertos
Si en un caso, incluso se prohíbe que la energía cruce la frontera, entonces se trata de un sistema aislado
Un sistema abierto o un volumen de control como suele llamarse es una energía elegida apropiadamente en el espacio, generalmente encierra un dispositivo que tiene que ver con flujo másico, como un compresor, turbina o tobera
Un sistema abierto (o volumen de control) con una entrada y una salida
Kathleen J. Hernandez O.
Conceptos Básicos
Formula Descripción Donde
Densidad
m = masa (kg)
V = volumen (m^3 )
Volumen especifico v = volumen especifico ( m^3 )
m = masa (kg)
V = volumen (m^3 )
Presión
P = presión (atm), (Pa) ( 1 Pa = 1
N/m^2 )
F= fuerza (newton)
A = área (m^2 )
Presión manométrica P manométrica = P abs – P atm
Presión manométrica ( bar, atm, Pa,
mmHg)
Presión absoluta ( bar, atm, Pa,
mmHg)
Presión atmosférica ( bar, atm, Pa,
mmHg)
Presión de vacio ( bar, atm, Pa,
mmHg)
Presión de vacio P vacio = P atm – P abs
Energía cinética
(EC)
EC = energía cinética (J/)
m = masa (kg)
V= velocidad (m/s)
Energía cinética
(EC)
EC = energía cinética (J/kg)
V= velocidad (m/s)
Energía Potencial
(EP)
EP = Energía Potencial (J)
m = masa (kg)
g = gravedad ( 9.087 m/s^2 )
z = altura (m)
Energía Potencial
(EP)
EP = Energía Potencial (J/Kg)
g = gravedad ( 9.087 m/s^2 )
z = altura (m)
Kathleen J. Hernandez O.
Segunda ley de termodinámica
Formula Descripción Donde
Calor neto (QNeto) Qneto = QH - QL
QH = calor (entrada) QL= calor (salida) W= trabajo (KJ)
Trabajo (W)
W = QH – QL
“El trabajo neto W realizado por la máquina es igual al calor neto que fluye hacia la misma”. 1 ley de termodinámica
Eficiencia térmica
Depósitos de energía térmica
Un depósito que suministra energía en la forma de calor se llama fuente
Un depósito que absorbe energía en la forma de calor se llama sumidero
Energía Térmica FUENTE
Energía Térmica SUMIDERO
CALOR
CALOR
Maquina Térmica
QH (entrada) = cantidad de calor suministrada al vapor en una caldera desde una fuente de temperatura alta (horno) QL (salida)= cantidad de calor rechazada del vapor en el condensador hacia un sumidero de temperatura baja (atmosfera, rio, entre otros) W = cantidad de trabajo realizado La máquina, representada por el círculo en el centro del diagrama, Absorbe cierta cantidad de calor QH (el subíndice H se refiere a caliente) tomado de la fuente a temperatura más alta. Hace un trabajo W y libera calor QL (el subíndice L se refiere a frío) a la fuente de temperatura más baja.
Como opera en ciclo la energía interna de la sustancias es igual al inicio y al final U 1 = U 2 = △ U = 0
La eficiencia térmica, e (o simplemente eficiencia), de una máquina térmica se define como la razón entre el trabajo neto realizado y el calor absorbido durante un ciclo
Kathleen J. Hernandez O.
Segunda ley de termodinámica
Formula Descripción Donde
QH cuando empleo el trabajo y la eficiencia
QH= Entrada de energía requerida para producir el trabajo W=Trabajo neto (hp) E=eficiencia térmica ̇ (masa/tiempo) CP= poder calorífico
QH
cuando empleo el flujo másico y el poder calórico
Tasa de consumo o flujo másico ̇
Flujo másico ( ̇)
(masa/tiempo) = densidad Kg/m^3 Q= Caudal volumétrico (m^3 /s)
Enunciado de Kelvin – Planck (^) “es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no tenga otro efecto que absorber la energía térmica de una fuente y realizar la misma cantidad de trabajo”.
Componentes básicos de un sistema de refrigeración y sus condiciones de operación características
Refrigerador (esquema de un refrigerador)
Kathleen J. Hernandez O.
Segunda ley de termodinámica
Formula Descripción
Coeficiente de desempeño para una bomba de calor ( COPBC )
Coeficiente de desempeño para una bomba de calor ( COPBC )
Bomba de calor
La medida de desempeño de una bomba de calor también se expresa en términos del coeficiente de desempeño (COPBC)
Comparación de los coeficientes de desempeño de la bomba de calor y el refrigerador
COP BC = COPR + 1
Ciclo de Carnot
“ninguna máquina térmica real que opera entre dos fuentes de calor, puede ser más eficiente que una máquina de Carnot, operando entre las dos mismas fuentes”.
Diagrama P – V de un ciclo de Carnot
Diagrama P – V de un ciclo inverso de Carnot
La maquina térmica de Carnot
El trabajo neto realizado en el proceso cíclico reversible de Carnot es igual al área encerrada por la trayectoria 12341 en el diagrama P - V de un ciclo de Carnot. Este trabajo neto es igual al calor neto transferido al sistema, QH – QL, ya que el cambio de energía interna es cero.
Kathleen J. Hernandez O.
Segunda ley de termodinámica
Formula Descripción Donde
Eficiencia de una máquina térmica
Nter= eficiencia de la
maquina térmica
Nter,rev = Eficiencia de una
maquina de Carnot
TL = Temperatura del
deposito de baja
temperatura
TH= temperatura del
deposito de lata
temperatura
QLrev= calor que rechaza la
maquina térmica reversible
QHrev= calor necesario para
que la maquina térmica
reversible, realice el
trabajo neto, salida
W= trabajo neto, salida
Eficiencia de una maquina térmica de Carnot
Eficiencia de una maquina térmica de Carnot
Escala de temperatura termodinámica
usando la eficiencia de Carnot para encontrar TH:
Para calcular el trabajo se puede usar la ecuación
De la Escala de temperatura termodinámica para obtener QL
La maquina térmica de Carnot es la mas eficiente de todas las maquinas térmicas que operan entre los mismo depósitos a temperatura alta y baja
Eficiencia de un maquina térmica de Carnot
Segunda ley de termodinámica
Bombas de calor de Carnot
Los COP de refrigeradores y bombas de calor disminuyen cuando TL Decrece, es decir, requiere mas trabajo absorber calor de medios de temperatura menor. Cuando la temperatura del espacio refrigerado se aproxima a cero, la cantidad de trabajo requerida para producir una cantidad de finita de refrigeración se aproxima a infinito y COPR tiende a cero
Kathleen J. Hernandez O.
