* INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACÁMBARO. INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS.

1. *INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACÁMBARO. • INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS. • “PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA” • PROFESOR:URIEL OLIVARES MOLINA. • *ALUMNOS: • MEJÍA SAUCEDO GABRIELA. • OROZCO VICTORIA CLAUDIA LETICIA. • *TORRES ÁVILA RICARDO. • *GUTIÉRREZ RAMOS SALVADOR.

2. James Prescott Joule.  (1818 - 1889). Físico británico. Uno de los más notables físicos de su época, es conocido sobre todo por su investigación en electricidad y termodinámica.

3. En el transcurso de sus investigaciones sobre el calor desprendido en un circuito eléctrico, formuló la ley actualmente conocida como ley de Joule.

4. La cual establece que la cantidad de calor producida en un conductor por el paso de una corriente eléctrica cada segundo, es proporcional a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de corriente.

5. *Joule verificó experimentalmente la ley de la conservación de energía en su estudio de la conversión de energía mecánica en energía térmica.

6. La unidad de energía denominada julio se llama así en su honor; equivale a 1 vatio - segundo. Junto con el físico William Thomson (posteriormente lord Kelvin), Joule descubrió que la temperatura de un gas desciende cuando se expande sin realizar ningún trabajo. Este fenómeno, se conoce como efecto Joule.

7. primera ley de la termodinámica

8. También, conocida como el principio de conservación de la energía, afirma que la energía no puede crearse ni destruirse; solo puede cambiar de forma.

9. El principio de conservación de la energía para cualquier sistema que pasa por cualquier proceso se puede expresar de la siguiente manera:

10. El cambio neto en la energía total del sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entray la energía total que sale del sistema durante dicho proceso.

11. Energía total Que sale del Sistema. • Energía total que entra en el sistema. • Cambio en la energía total del sistema.

12. Formas de energía: La energía total de un sistema tiene 3 componentes: • Energía cinética. • Energía potencial. • Energía interna.

13. Energía Cinética. Es aquella debida al movimiento traslacional del sistema como un todo en relación con determinado marco de referencia (por lo general la superficie terrestre) o a la rotación del sistema en torno a un eje.

14. La energía cinética, Eκ(J) de un objeto de masa m(kg) que se mueve con velocidad u(m/s) en relación con la superficie de la tierra es: • Ek = mu²

15. Si un fluido entra a un sistema con una velocidad de flujo másico m(kg/s) a velocidad uniforme u(m/s), se tiene que: • Ek = mu² Ek(J/s) se puede considerar como la velocidad a la cual el fluido transporta la energía cinética al sistema.

16. *Energía Potencial. Se debe a la posición del sistema en un campo de potencia (gravitacional o electromagnético).

17. La energía potencial gravitacional de un objeto de masa m es: • Ep = mgz

18. Donde: g es la aceleración de la gravedad y z es la altura del objeto por arriba de un plano de referencia, en el cual Ep se define de manera arbitraria como cero.

19. Si el fluido entra a un sistema con velocidad de flujo másico m y elevación z en relación con el plano de referencia de energía potencial, entonces: • Ep = mgz

20. Ep(J/s) puede considerarse, en consecuencia, como la velocidad a la cual el fluido transporta a la energía gravitacional hacia el sistema.

21. Por lo general nos interesa el cambio de energía potencial cuando un cuerpo o fluido se desplaza de una elevación a otra. • [Ep2 - Ep1 = mg(z2 - z1)].

22. *Energía Interna. Es la que posee un sistema además de sus energías cinética y potencial, por ejemplo: la debida al movimiento de las moléculas en relación al centro de masa del sistema, al movimiento rotacional y vibracional y a las interacciones electromagnéticas de las moléculas.

23. Así mismo al movimiento e interacciones de los constituyentes atómicos y subatómicos de estas ultimas. Supongamos que un sistema de proceso es cerrado, es decir, no hay transferencia de masa a través de sus fronteras mientras el proceso se realiza.

24. La energía puede transmitirse entre un sistema de este tipo y sus alrededores de dos maneras:

25. *En forma de calor o energía: • Que fluye como resultado de la diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores. La dirección del flujo siempre es de la temperatura mas alta a la mas baja. El calor se define como positivo cuando se transfiere de los alrededores al sistema.

26. *Como trabajo o energía: • Que fluye en respuesta a cualquier fuerza impulsora que no sea una diferencia de temperatura, como una fuerza, una torque (momento de torsión) o un voltaje.

27. Por ejemplo, si un gas se expande dentro de un cilindro y mueve un pistón contra una fuerza restrictiva, el gas realiza trabajo sobre el pistón (se transfiere energía en forma de trabajo del gas a sus alrededores, los cuales incluyen el pistón).

28. Los términos “trabajo” y “calor” se refieren solo a la energía que se transfiere: se puede hablar del calor o del trabajo que se añade o desprende del sistema. • La energía, al igual que el trabajo, tiene unidades de fuerza multiplicada por la distancia: por ejemplo, Joules(N.m), ergs (dina.cm) y ft.lbf.

29. También es común usar unidades de energía definidas en términos de la cantidad de calor que debe transferirse a una masa especifica de agua para aumentar su temperatura en un intervalo especifico a presión constante de un atm.

30. Tabla de las unidades mas comunes.

31. Matemáticamente la primera ley de la termodinámica se expresa:

32. ΔU = Q W Donde: • ΔU = variación de la energía interna del sistema expresada en calorías (cal) o Joules (J). • Q = calor que entra o sale del sistema medido en calorías o joules.

33. W = trabajo efectuado por el sistema o trabajo realizado sobre éste expresado en calorías o Joules.

34. El valor de Q es positivo cuando entra calor al sistema y negativo si sale de él. El valor de W es positivo si el sistema realiza trabajo y negativo si se efectúa trabajo de los alrededores sobre el sistema.

35. Balance de energía para sistemas cerrados • Se dice que un sistema es abierto o cerrado dependiendo de que la masa cruce o no las fronteras del sistema durante el tiempo cubierto por el balance de energía. Por definición, un sistema de proceso por lotes es cerrado, y los sistema semicontinuos o continuos son abiertos.

36. *Balance de energía para sistemas cerrados. (masa fija)

37. Es posible escribir el balance de energía integral para un sistema cerrado entre los instantes dados, como la energía no puede crearse ni destruirse, los términos de generación y consumo del balance general se cancelan lo cual dejan: Acumulación = entrada – salida • El termino de acumulación es igual a el valor final de la cantidad balanceada (en este caso la energía del sistema), menos el valor inicial de esta cantidad.

38. Por lo tanto la ecuación puede escribirse: • acumulación = entrada – salida En donde: Energía inicial del sistema = Ui + Eki + Epi Energía final del sistema = Uf + Ekf + Epf Energía transferida = Q - W

39. En consecuencia la ecuación queda:

40. Un sistema cerrado consta de una masa fija. Este es en especial el caso para los sistemas estacionarios, ya que no comprenden cambios en la velocidad o elevación durante el proceso.

41. En ese caso, la relación del balance de energía se reduce a sistema cerrado estacionario: Eent- E sal = ΔU = mCvΔT (J) ΔT = (T2 - T1)

42. En donde: • ΔT = cambio de temperatura • Cv = calor especifico. • m = masa. • T1 = temperatura inicial. • T2 = temperatura final.

43. Cuando el sistema solo comprende transferencia de calor y ninguna interacción de trabajo, la relación de balance de energía se reduce todavía mas. Sistema cerrado estacionario sin trabajo. Q = mCvΔT (J) ΔT = (T1 – T2)

44. Donde Q es la cantidad neta de la transferencia de calor que entra o sale del sistema. La anterior es la forma de la relación del balance de energía que se usara con mas frecuencia al tratar una masa fija.

45. Primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos • Por definición, hay masa que atraviesa las fronteras de un sistema de proceso abierto a medida que este ocurre. Para introducir masa al sistema es necesario realizar trabajo sobre el mismo y cuando emerge masa del sistema se lleva a cavo trabajo en los alrededores.

46. Trabajo de flujo y de flecha. • La velocidad neta de trabajo realizado por un sistema abierto sobre sus alrededores se expresa como: • Donde: • Ws= trabajo de flecha o velocidad de trabajo realizado por el fluido del proceso sobre alguna parte móvil dentro del sistema (p.ej. El rotor de una bomba).

47. Wn = trabajo de flujo o velocidad de trabajo realizado por el fluido en salida del sistema, menos la velocidad de trabajo realizado sobre el fluido en la entrada del sistema. • Para derivar la expresión Wn consideraremos, de inicio, un sistema de entrada y una salida.

48. El fluido a P entrada (N/) entra a una tubería a velocidad de flujo volumétrico V entrada (/s) y sale a presión P salida (N/) y con una velocidad de flujo volumétrico V salida (/s)

49. El fluido que entra al sistema experimenta el trabajo realizado sobre el por el fluido que se encuentra justo detrás, a razón de: • W entrada (N*m/s) = P entrada (N/) V entrada (/s). Mientras que el fluido que sale del sistema lleva a cavo un trabajo sobre los alrededores a razón de: W salida = P salida – V salida La velocidad neta sobre la cual el sistema realiza el trabajo en la entrada y en la salida es: Wn = P salida V salida – P entrada V entrada Si varias corrientes de entrada y salida llegan y se van del sistema, los productos PV para cada corriente deben sumarse para determinar Wn.

50. Una propiedad que se presenta en la ecuación de balance de energía para sistemas abiertos es la entalpia especifica, que se define como: Donde P es la presión total U y V son la energía interna y el volumen especifico.