El primer principio de la termodinámica o primera ley de la termodinámica,1

El primer principio de la termodinámica o primera ley de la termodinámica,1 es "La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma":

En un sistema cerrado adiabático (que no hay intercambio de calor con otros sistemas o su entorno como si estuviera aislado) que evoluciona de un estado inicial a otro estado final , el trabajo realizado no depende ni del tipo de trabajo ni del proceso seguido.

Más formalmente, este principio se descompone en dos partes;

El «principio de la accesibilidad adiabática»

El conjunto de los estados de equilibrio a los que puede acceder un sistema termodinámico cerrado es,adiabáticamente, un conjunto simplemente conexo.

y un «principio de conservación de la energía»:

El trabajo de la conexión adiabática entre dos estados de equilibrio de un sistema cerrado depende exclusivamente de ambos estados conectados.

Este enunciado supone formalmente definido el concepto de trabajo termodinámico, y sabido que los sistemas termodinámicos sólo pueden interaccionar de tres formas diferentes (interacción másica, interacción mecánica e interacción térmica). En general, el trabajo es una magnitud física que no es una variable de estado del sistema, dado que depende del proceso seguido por dicho sistema. Este hecho experimental, por el contrario, muestra que para los sistemas cerrados adiabáticos, el trabajo no va a depender del proceso, sino tan solo de los estados inicial y final. En consecuencia, podrá ser identificado con la variación de una nueva variable de estado de dichos sistemas, definida como energía interna.

Se define entonces la energía interna, , como una variable de estado cuya variación en un proceso adiabático es el trabajo intercambiado por el sistema con su entorno:

Cuando el sistema cerrado evoluciona del estado inicial A al estado final B pero por un proceso no adiabático, la variación de la Energía debe ser la misma, sin embargo, ahora, el trabajo intercambiado será diferente del trabajo adiabático anterior. La diferencia entre ambos trabajos debe haberse realizado por medio de interacción térmica. Se define entonces la cantidad de energía térmica intercambiada Q (calor) como:

Siendo U la energía interna, Q el calor y W el trabajo.Por convenio, Q es positivo si va del ambiente al sistema, o negativo si lo ha perdido el sistema y W, es positivo si lo realiza el ambiente contra el sistema y negativo si está realizado por el sistema.

Esta definición suele identificarse con la ley de la conservación de la energía y, a su vez, identifica el calor como una transferencia de energía. Es por ello que la ley de la conservación de la energía se utilice, fundamentalmente por simplicidad, como uno de los enunciados de la primera ley de la termodinámica:

La variación de energía de un sistema termodinámico cerrado es igual a la diferencia entre la cantidad de calor y la cantidad de trabajo intercambiados por el sistema con sus alrededores.

En su forma matemática más sencilla se puede escribir para cualquier sistema cerrado:

donde:

es la variación de energía del sistema,

es el calor intercambiado por el sistema a través de unas paredes bien definidas, y

es el trabajo intercambiado por el sistema a sus alrededores.

Véase también: Criterio de signos termodinámico

3.1 Ley de conservación de la energía.

Balance de energía:

• Contabiliza energía que ingresa, sale y se acumula en un sistema.

• Se basa en la Ley de Conservación de la Energia:

– “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.

Los balances de energía se llevan a cabo en plantas de proceso, por ejemplo, para cuantificar:

La potencia necesaria para bombear un líquido de un tanque a una unidad de proceso para determinar la capacidad de la bomba.

La cantidad de energía necesaria para evaporar una cantidad de agua.

La cantidad de vapor requerida para alimentar un evaporador de jugos.

El flujo de amoníaco necesario en un sistema de enfriamiento para mantener una baja temperatura de un cuarto frío.

El balance de energía se basa en la Ley de la Conservación de la Energía, que indica que en un proceso, la energía no se crea, ni se destruye, sólo se transforma

En un balance total de energía se toma en cuenta las transferencias de energía a través de los límites del sistema. Ciertos tipos de energía están asociados a la masa que fluye, otros como el Q (calor) y el W (Trabajo) son solo formas de transmisión de energía

Energía entrante al sistema = Energía saliente del sistema + Acumulación

La energía se define como todo aquello capaz de generar un trabajo, siendo el trabajo el producto de la fuerza por una distancia. (Valiente, 2012)

W=F*d

El calor es una forma de energía y se mide a través de variaciones de temperatura. También se define como la energía que se transfiere de un cuerpo a otro mediante una diferencia de temperaturas. El calor se mide en kilocalorías o BTU. La relación de calor y trabajo es:

1 kcal=4185 julios=426.6 kgm

1BTU=778 lb-pie

Energía Interna (U): es la energía suministrada a un sistema por unidad de masa. La U es la sumatoria de todas las energías que contiene un cuerpo y es definida por la primera ley de la termodinámica.

∆U=Q-W

Balance Energético

Todo lo que entra al sistema se va a considerar positivo (+) y todo lo que sale del sistema se va a considerar negativo (-).

Es una expresión matemática que se basa en la conservación de la energía, (donde la energía es indestructible), por consiguiente se hace un análisis de la energía suministrada al sistema, la energía que sale, la que se acumula y la que se genera dentro del sistema. La combustión es una energía generada, siempre que haya reacción química en el sistema.

Con respecto al análisis que se hace para el calor, el calor de salida es mayor que el calor de la entrada.

Para el establecimiento del balance energético se debe determinar una unidad de tiempo como base, por ejemplo, la hora por un proceso discontinuo y un ciclo para un proceso continuo o intermitente.

Energía Cinética (Ec): Es la energía que tiene un cuerpo en movimiento. El trabajo que se efectúa sobre un objeto, la fuerza neta o resultante que actúa en él, es igual al cambio de energía cinética causada por la fuerza.

También se conoce como la energía mecánica de un cuerpo en movimiento debido a la masa que se mueve a la velocidad con

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