PRIMERA LEY APLICADA A SISTEMAS ABIERTOS-INFORME

 PRIMERA LEY APLICADA A SISTEMAS ABIERTOS  

PRACTICA #4

Profesor

ORLANDO PALACIO

Presentado por

EDISON ALEXANDER ROLDAN

JUAN ALEXANDER MONSALVE

POLITECNICO JAIME ISAZA CADAVID

FACULTAD DE INGENIERIA

MEDELLIN

2015

INTRODUCCIÓN

La Primera ley de la termodinámica describe el concepto de energía, trabajo y calor. Señala lo concerniente a si un sistema con una establecida energía, realiza un trabajo mediante un proceso.

OBJETIVO

• Determinar el trabajo de una bomba centrífuga cuando se desprecia la pérdida de energía debido a la fricción (proceso cuasiequilibrio).

MARCO TEÓRICO

Energía interna.- Es la suma de las energías cinética y potencial de las moléculas individuales que lo constituyen. En forma general, cuan mayor sea la temperatura de un sistema, mayor será su energía interna; como los valores absolutos de esta en las moléculas no se pueden precisar, se determina la variación que sufre la energía mediante:

∆U= UF- UI

Energía cinética.- Es la energía debida al movimiento molecular del sistema:

Ec= 1/2mV2

Energía potencial.- Energía debida a la posición del sistema:

Ep=mgh

Equivalencia mecánica de calor.- Joule, comprobó que siempre que se realiza una cierta cantidad de trabajo, se produce una cantidad equivalente de calor, con el cual establece el principio llamado "Equivalente Mecánico de Calor” y demuestra que por cada Joule de trabajo se producen 0.24 calorías y que cuando una caloría de energía térmica se convierte en trabajo se obtienen 4.2 Joules; por lo tanto: 1 cal = 4.2J

Trabajo termodinámico. :

1. De Compresión.- al efectuarse un trabajo de compresión este se transforma íntegramente en calor del sistema, porque comunica al gas una energía adicional que aumenta la energía adicional que aumenta la energía interna de sus moléculas elevando la temperatura. En la compresión de un gas, el volumen final es menor al inicial, por tanto, el trabajo realizado es negativo y se dice que se efectúo un trabajo de los alrededores sobre el sistema.        

∆U=Q-W

1. De expansión.- Es producido a la energía interna de las moléculas del gas, por lo que la temperatura del sistema disminuye. Al expandirse el gas el sistema final es mayor al inicial y, por tanto, el trabajo es positivo, por lo tanto el sistema realiza un trabajo sobre los alrededores.

∆U=Q+W

Primera ley de la termodinámica. (Ley de la conservación de la energía).- “La variación de energía interna de un sistema es igual a la energía transferida a los alrededores o por ello en forma de calor y de trabajo, por lo que se establece la ley de la conservación de la energía, que enuncia: “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.

Matemáticamente, la 1era. Ley de la Termodinámica se expresa para un sistema cerrado como: ∆U=Q+W considerado el valor de Q positivo cuando se suministra calor al sistema, y negativo si sale de él. W positivo, si el sistema realiza trabajo, y negativo si se efectúa trabajo de los alrededores sobre el sistema. Dicho de otra forma, la 1era. Ley de la Termodinámica indica que la energía (calor o trabajo) no se crean ni se destruyen, sólo se transforma en otras energías, como lo son: Ec, Ep, U y el W, se expresa como:

W+Q=Ec+Ep+U+ Pve

Trabajo de flujo .- Se refiere, a que en cierto sentido, al penetrar materia en el volumen, de control, este realiza un trabajo sobre la materia, ya que la empuja hacia la salida, y este es considerado como la energía debido a la combinación de la presión y el volumen, o bien, esta cantidad de trabajo es igual a:

W=PAL

Donde:

W= trabajo del fluido (kJ)

P = presión ejercida sobre el fluido (N/m2)

A = área de la superficie de control a través de la cual pasa el fluido (m2)

L = distancia a lo largo de la cual se debe de aplicar la fuerza (m)

Pero el producto AL = volumen de control específico (ve) del fluido en el punto de entrada, por lo tanto:

W=Pve

Ecuación de la continuidad.- Expresa la conservación de la masa en caso de un sistema abierto, en términos de propiedades fácilmente medibles:

[pic 1]

En forma general la ecuación de la continuidad establece:

“Un líquido fluirá con mayor rapidez a través de una sección estrecha del tubo y más lentamente a través de secciones más amplias”, esto se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

A1 V1 ve1= A2 V2 ve2

Así la expresión para un flujo unidimensional y constante es el tiempo, por lo que la ecuación de la continuidad es:

m= AVve= ρAV

Donde:

m = masa (Kg,gr,lb)

A = Área transversal (m2, cm2, in2)

V = velocidad (m/s, cm/s, in/s)

ρ = densidad (kg/m3, gr/cm3, lb/in3)

Entonces consideramos, que la energía de un fluido permanece constante al circular por un tubo de sección transversal, para este caso, las tres componentes de la energía son:

1. La potencia gravitatoria que depende de la altura (h).
2. La cinética que depende del cuadrado de la velocidad y
3. La que depende de la presión hidrodinámica (p), y cuando aumenta una de ellas, debe disminuir las otras dos, y viceversa, de tal forma que su suma sea constante en todo el recorrido.

INFORME DE RESULTADO

Datos obtenidos

Los datos obtenidos se resumen en la tabla 1.

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