Estudio de la termodinámica, leyes que la rigen, balance de energía, cambio de energía en un sistema, ecuaciones que intervienen en el proceso y ejemplos.

1. Primera Ley de la Termodinámica

2. ENUNCIADO DE LA
PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Primera Ley de la Termodinámica, conocida también como el
principio de conservación de la energía.
Primera Ley de la Termodinámica: la energía no se
crear ni destruir durante un proceso; solo puede cambiar
forma.
Primera Ley de la Termodinámica (concepto avanzado): Para
todos los procesos adiabáticos entre dos estados de un sistema
cerrado, el trabajo neto realizado es el mismo sin importar la
naturaleza del sistema cerrado ni los procesos del mismo.
Adiabático: significa que no recibe ni cede calor.

3. PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA

4. PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Ejemplo: Considere el calentamiento del agua contenida en
una cacerola sobre una estufa. Si se transfieren 15 kJ de calor
calor al agua desde el elemento de calentamiento y se
pierden 3 kJ del agua al aire circundante, el incremento de
energía del agua será igual a la transferencia neta de calor al
agua, que es de 12 kJ.

5. PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Ahora considere un sistema adiabático, en el cual una
resistencia eléctrica se calienta a través del suministro
eléctrico de 5 kJ a través de una batería.

6. BALANCE DE ENERGÍA
La primera ley de la Termodinámica implica que: el cambio
neto (aumento o disminución) de la energía total del
sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la
energía total que entra y la energía total que sale del
sistema durante el proceso. O sea:

7. CAMBIO DE ENERGÍA DE
UN SISTEMA
Para determinar el cambio de energía de un sistema durante
un proceso se requiere evaluar la energía del sistema al
principio y al final del proceso y encontrar su diferencia. Es
decir:

8. CAMBIO DE ENERGÍA DE
UN SISTEMA
 El cambio en la energía total del sistema durante un proceso es
la suma de los cambios en sus energías interna, cinética y
potencial, lo cual se expresa como:
 Cuando se especifican los estados inicial y final, los valores de
las energías internas específicas u1 y u2 se determinan
directamente de las tablas de propiedades o de las relaciones de
propiedades termodinámicas.

9. CAMBIO DE ENERGÍA DE
UN SISTEMA
Para sistemas estacionarios (no se mueven), los cambios en
las energías cinética y potencial son cero (es decir, ΔEC =0, y
Δ EP = 0), y la relación del cambio de energía total se reduce
a:
Δ E = Δ U

10. USO DE ECUACIONES
Calcule la energía requerida para acelerar un automóvil de
800 kg, desde el reposo hasta 100 km/h, en un camino
horizontal. Respuesta: 309 kJ.

11. USO DE ECUACIONES
Determine la potencia necesaria para que un automóvil de 1 150 kg
suba por un camino ascendente de 100 m de longitud con una
pendiente de 30° (con respecto a la horizontal) en 12 s, a) a
velocidad constante, b) desde el reposo hasta una velocidad final de
30 m/s y c) de 35 m/s a una velocidad final de 5 m/s. Ignore el
rozamiento, la resistencia del aire y la resistencia al rodaje.
Respuestas: a) 47.0 kW, b) 90.1 kW, c) -10.5 kW.

12. MECANISMOS DE
TRANSFERENCIA DE
ENERGÍA
La energía se puede transferir hacia o desde un sistema en
tres formas: calor, trabajo y flujo másico:
1. Transferencia de calor, Q: La transferencia de calor hacia
sistema (ganancia de calor) incrementa la energía de las
moléculas y por lo tanto la del sistema; asimismo, la
transferencia de calor desde un sistema (pérdida de calor)
la disminuye, ya que la energía transferida como calor
viene de la energía de las moléculas del sistema.

13. MECANISMOS DE
TRANSFERENCIA DE
ENERGÍA
2. Transferencia de trabajo, W: Una interacción de energía
que no es causada por una diferencia de temperatura
entre un sistema y el exterior es trabajo. La transferencia
de trabajo a un sistema (es decir, el trabajo realizado sobre
un sistema) incrementa la energía de éste, mientras que la
transferencia de trabajo desde un sistema (es decir, el
trabajo realizado por el sistema) la disminuye.

14. MECANISMOS DE
TRANSFERENCIA DE
ENERGÍA
3. Flujo másico, 𝒎: El flujo másico que entra y sale del
sistema funciona como un mecanismo adicional de
transferencia de energía. Cuando entra masa a un sistema,
la energía de éste aumenta debido a que la masa lleva
consigo energía (de hecho, la masa es energía). De igual
modo, cuando una cantidad de masa sale del sistema, la
energía de éste disminuye porque la masa que sale saca
algo de energía consigo.

15. MECANISMOS DE
TRANSFERENCIA DE
ENERGÍA
Como la energía puede ser transferida en las formas de calor, trabajo y
masa, y su transferencia neta es igual a la diferencia entre las cantidades
transferidas hacia dentro y hacia fuera, el balance de energía se expresa
de modo más explícito como:
El balance de energía para un sistema que experimenta cualquier clase
de proceso se expresa de manera compacta como:

16. USO DE ECUACIONES
Un recipiente rígido contiene un fluido caliente que se enfría
mientras es agitado por un ventilador. Al inicio, la energía interna del
fluido es de 800 kJ, pero durante el proceso de enfriamiento pierde
500 kJ de calor. Por su parte, la rueda realiza 100 kJ de trabajo sobre
el fluido. Determine la energía interna final del fluido e ignore la
energía almacenada en el ventilador.

17. USO DE ECUACIONES
Un recipiente rígido contiene un fluido caliente que se enfría
mientras es agitado por un ventilador. Al inicio, la energía interna del
fluido es de 800 kJ, pero durante el proceso de enfriamiento pierde
500 kJ de calor. Por su parte, la rueda realiza 100 kJ de trabajo sobre
el fluido. Determine la energía interna final del fluido e ignore la
energía almacenada en el ventilador.