Primeras leyes de la termodinámica: Energía y bombeo de fluidos, Ejercicios de Termodinámica

¡Descarga Primeras leyes de la termodinámica: Energía y bombeo de fluidos y más Ejercicios en PDF de Termodinámica solo en Docsity!

OBJETIVOS.

El alumno:

a) Aplicará la primera ley de la termodinámica, así como la ecuación de la continuidad en un sistema abierto.

DATOS OBTENIDOS.

CUESTIONARIO FINAL

1. Considera que el equipo que se utilizó en la práctica fue el apropiado. ¿Por qué?

Es apropiado, pues el sistema de bombeo utiliza el principio de la primera ley de termodinámica para un sistema abierto.

2. Defina el concepto de energía.

Es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos.

3. ¿Cuál fue el desarrollo de Bernoulli para determinar la potencia de una bomba?

Una bomba de agua es una máquina hidráulica cuyo funcionamiento se basa en el Principio de Bernoulli, según el cual, en un fluido ideal sin viscosidad, ni rozamiento, e incompresible que se encuentra en circulación por un conducto cerrado, su energía permanece constante en cada punto de su recorrido.

La energía que posee un fluido en movimiento se compone de tres componentes:

• cinética: es la energía que posee el fluido debido a su velocidad de movimiento;
• de flujo: relacionado con la presión que posee;
• gravitatoria: debido a la altitud del fluido.

Estas tres componentes de la energía se correlacionan con los mismos términos que definen el Principio de Bernoulli:

La ecuación de Bernoulli relaciona la presión, la velocidad y la altura de dos puntos cualesquiera (1 y 2) en un fluido con flujo laminar constante de densidad \rhoρrho. Usualmente escribimos la ecuación de Bernoulli de la siguiente manera:

4. Explicar en qué consisten las pérdidas primarias y secundarias.

Pérdidas primarias: Se producen cuando el fluido se pone en contacto con la superficie de la tubería.

Pérdidas secundarias: Se producen en transiciones de la tubería (estrechamiento o expansión) y en toda clase de accesorios (válvulas, codos).

5. Identificar las pérdidas primarias y secundarias en el desarrollo de la práctica.

Las perdidas primarias se observaron en las tuberías y las secundarias en las válvulas.

6. Efectuar un análisis técnico y económico para seleccionar una bomba investigando, marcas, etc. Para sustituir la bomba del laboratorio. Traer al menos tres opciones diferentes escribiendo ventajas y desventajas de sus elecciones.

Cuando el agua circulaba por la tubería chocaba con los codos de esta (perdida secundaria) y a lo largo del recorrido del agua por la tubería se observaban perdidas igualmente (perdida primaria).

7. Es posible que un sistema realice 100J de trabajo mientras se le suministra 80J de calor. Explique su respuesta.

Si, ya que para ello tendríamos que determinar equivalente mecánico de calor.

8. Es posible que un sistema disipe 100J de calor sin disminuir su temperatura. Explique su respuesta.

La temperatura es directamente proporcional al calor, por lo que si disminuimos calor, disminuimos la temperatura.

9. Definir y ejemplificar un sistema abierto y un sistema cerrado.

Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.

produce una fuente energética universal, conocida como ATP, la cual nos mantiene vivos.

e) Energía eléctrica. La energía eléctrica se origina de la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos determinados, que se ponen en contacto a través de un transmisor eléctrico. Este contacto genera una corriente eléctrica basada en la transmisión de cargas negativas (llamadas, más comúnmente, electrones) hasta su punto de consumo.

14 ¿Por qué se dice que el calor y trabajo es lo mismo? Justifique su respuesta.

Porque son dos tipos de energía en tránsito, es decir, energía que pasa de un cuerpo a otro. Ambas tienen la misma unidad, julio en el S.I. Sin embargo, el calor se transfiere a través de un vínculo térmico (diferencia de temperatura). El trabajo se transfiere a través de un vínculo mecánico (fuerzas y desplazamientos).

15 Investigar al menos cinco aplicaciones de la primera ley de la termodinámica.

 Motores térmicos: La transferencia de calor hacia ellos se lleva a cabo para que puedan hacer el trabajo.  Máquinas de vapor: Fue la primera vez que se produjo una transformación termodinámica para convertir energía térmica en energía mecánica. Su funcionamiento se base en la variación de la relación presión volumen.  Panel solar: transforman la energía de la radiación solar en energía eléctrica (energía fotovoltaica) o energía calorífica (energía térmica).  En un Ordenador: el paso de la corriente eléctrica por los componentes electrónicos generará un Calor, el cual deberá ser mitigado por un agente refrigerante, como un ventilador. No hay Trabajo Mecánico apreciable.  Turbinas: Aprovechan la energía de un fluido en movimiento para producir trabajo de torque que luego se puede transformar en otro tipo de trabajo útil como la electricidad.

16 Investigar que es la entalpia y cuál es su modelo matemático.

La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno.

Matemáticamente, la entalpía H es igual a U + pV, donde U es la energía interna, p es la presión y V es el volumen. H se mide en julios.

Cuando un sistema pasa desde unas condiciones iniciales hasta otras finales, se mide el cambio de entalpía ( Δ H).

17. ¿Por qué se dice que un curso de primera ley de la termodinámica se resumiría a estas dos ecuaciones Explique semejanzas y diferencias, así como también su aplicación.

Nos dice que el cambio de la energía interna de un sistema es igual al calor añadido al sistema, menos el trabajo realizado por el sistema.

Es la variación de la entalpia. H es la entalpia final del sistema. En una reacción química, H final es la entalpia de los productos.

18 ¿Qué es una sustancia de trabajo? ¿Por qué se usa mucho el aire y el agua?

(También denominado sistema termodinámico) se define como la parte del universo objeto de estudio.

Se usa mucho aire y agua porque la sustancia de trabajo es una sustancia generalmente fluida que a través de cambios de temperatura, volumen y presión es el medio para llevar a cabo procesos o ciclos termodinámicos como en una máquina térmica. Además que son las sustancias más abundantes y estables del planeta.

CONCLUSIONES.

Esta práctica nos hace adentrarnos en el concepto de lo que es el calor y trabajo así como su uso en la primera ley de la termodinámica, del mismo modo nos permite realizar cálculos para distintas de sus aplicaciones.

También podemos darnos cuenta de la importancia de la primera Ley de la Termodinámica que radica en la aplicación del principio de conservación de la energía, a los procesos de calor y termodinámico: hace uso de los conceptos claves de energía interna, calor, y trabajo sobre un sistema. Usa extensamente el estudio de los motores térmicos y describe muchos sucesos de la vida diaria como es el simple hecho de poder movernos.

BIBLIOGRAFIA.

 Fernandez, J. (2021). Primera Ley de la Termodinámica. Fisicalab. Recuperado de: https://www.fisicalab.com/apartado/primer-principio- termo  Ingemecánica. (14 de Octubre de 2021). Cálculo de Instalaciones de Bombeo de Agua. Recuperado de: https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn206.html  Khan Academy. ¿Qué es la ecuación de Bernoulli?. Recuperado de: https://es.khanacademy.org/science/physics/fluids/fluid-dynamics/a/what- is-bernoullis-equation  Martin, T, Serrano, A. Sistema termodinámico. UPM. Recuperado de: https://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/termo1p/sistema.html  Planas, O. (4 de junio de 2020). Ejemplos de la primera ley de la termodinámica y de la conservación de la energía. Energia solar. Recuperado de: https://solar-energia.net/termodinamica/leyes-de-la- termodinamica/primera-ley-termodinamica/ejemplos