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Este documento aborda los conceptos fundamentales de la transferencia de energía en sistemas termodinámicos. Incluye temas como la clasificación de los sistemas (cerrados y abiertos), las formas de energía (térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear), la energía total de un sistema (macroscópica y microscópica), el flujo másico y el flujo de energía, la energía mecánica de un fluido en movimiento, la transferencia de energía por trabajo (incluyendo la potencia), los modos de transferencia de calor (conducción, convección y radiación), la energía interna, entalpía y calores específicos de gases ideales, y el principio de conservación de la energía. El documento proporciona ejemplos y ejercicios para aplicar estos conceptos, lo que lo convierte en un recurso valioso para estudiantes y profesionales interesados en la termodinámica y la transferencia de energía.
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TERMODINÁMICA El término termodinámica proviene de las palabras griegas therme (calor) y dynamis (fuerza). Campo de aplicación algunas de las áreas importantes.
Los sistemas se pueden considerar cerrados o abiertos , Un sistema cerrado (conocido también como una masa de control ) consta de una cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera. Un sistema cerrado con una frontera móvil. La masa no puede cruzar las fronteras de un sistema cerrado, pero la energía sí.
Un sistema abierto , o un volumen de control , generalmente encierra un dispositivo que tiene que ver con lo que se quiere analizar, como un compresor, turbina o tobera. Tanto la masa como la energía pueden cruzar la frontera de un volumen de control. Las fronteras de un volumen de control se conocen como superficie de control , y pueden ser reales o imaginarias
Los volúmenes de control en general tienen que ver con el flujo de un fluido, esto se consigue al incorporar el flujo másico m , que es la cantidad de masa que fluye por una sección
Donde: Flujo másico : que es la cantidad de masa que fluye por una sección transversal por unidad de tiempo. Entonces, el flujo de energía relacionado común fluido que corre a una tasa de m es
Un chorro de agua sale por una turbina a 60 m/s, con una tasa de flujo de 120 kg/s; se va a usar para generar electricidad, al chocar con las paletas en la periferia de una rueda. Calcule la potencia que puede generar ese chorro. Un canal tiene un caudal constante de 10679091 in3/s, y se está analizando para generar electricidad. Se determina que se puede construir una gran presa para contener el agua y dejarla pasar desde una diferencia de alturas de 262.46 ft, generando así la electricidad. Calcule cuánta potencia se puede generar con el agua de ese río, al tener llena la presa. Considere un canal que corre hacia un lago a una velocidad promedio de 118. in/s, con un caudal de 1800000 m3/hr, en una ubicación a 90 m arriba de la superficie del lago. Determine la energía mecánica total del agua del río por unidad de masa, y el potencial de generación de potencia de todo el río en esa ubicación.
La energía puede cruzar la frontera de un sistema cerrado en forma de calor o trabajo; entonces, si la energía que cruza la frontera de un sistema cerrado no es calor, debe ser trabajo El trabajo realizado durante un proceso entre los estados 1 y 2 se denota por W 12 o sólo W El trabajo realizado por unidad de tiempo se llama potencia , se denota con W y su unidad es kJ/s, o kW.
Si no hay movimie nto, no se realiza trabajo.
Los productos de combustión en una máquina de combustión interna sufren un proceso de expansión, desde un volumen inicial igual a 0.007 ft^3 y una presión inicial de 2000 psia, hasta un volumen final de 0.045 ft^3. Los datos experimentales para el proceso politrópico indican que n = 1.45. Evalúe el trabajo realizado por el gas al expandirse.