Transferencia de calor, Apuntes de Termodinámica

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Energía, Transferencia

de energía y Análisis

general de la energía

Energía

Un refrigerador en funcionamiento con su puerta abierta dentro de una habitación perfectamente sellada y aislada.

Tprom del aire Aumentará? Disminuirá? Permanece constante?

El único intercambio de energía sería el de energía eléctrica, que cruza las fronteras del sistema y entra en la habitación.

Formas de

energía

Formas de energía

La energía puede existir en varias formas: térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear, cuya suma conforma la energía total E de un sistema.

La termodinámica no proporciona información acerca del valor absoluto de la energía total, sólo trata con el cambio de ésta, que es lo importante en los problemas de ingeniería.

Formas macroscópicas de

energía

Energía cinética

• La energía que posee un sistema como resultado de su movimiento en relación con cierto marco de referencia.
• ܧ𝠀 =݉ ௏మ ଶ [kJ] ܿ݁• = ௏మ ଶ [kJ/kg]
• La energía cinética de un cuerpo sólido que gira:
  • ܧ𝠀 = ଵ ଶ 󕀀ܫ

ଶ

Energía potencial

• La energía que posee un sistema como resultado de su incremento de altura en un campo gravitacional. ܲܧ • =݉ 𥀀𩰀 [kJ] ݌ ݁• = 𥀀𩰀 [kJ/kg]

Formas de energía

La energía total de un sistema consta sólo de las energías cinética, potencial e interna:

• ܷ= ܧ ܲܧ + 𝠀ܧ ݉+ ܷ= ௏

మ ଶ +݉ 𥀀𩰀݁

ܿ݁+ ݑ = ݌ ݁+ = ݑ + ௏

మ ଶ + 𥀀𩰀

Sistemas estacionarios : Los sistemas cerrados cuya velocidad y altura del centro de gravedad permanecen constantes durante un proceso.

 ∆ = ܧ∆ܷ

Para volúmenes de control:

Flujo másico es la cantidad de masa que fluye por una sección transversal por unidad de tiempo.

Y se relaciona con el flujo volumétrico ( el volumen de un fluido que fluye por una sección transversal por unidad de tiempo) mediante ݉ߩ = ∀= ߩ𝀀௧ ܸ ௣௥௢௠

Energía

interna

La energía interna también se relaciona con diversas fuerzas de enlace entre las moléculas de una sustancia, entre los átomos dentro de una molécula y entre las partículas al interior de un átomo y su núcleo. Energía latente : energía interna relacionada con la fase de un sistema

Energía

interna

Energía química: energía interna relacionada con los enlaces atómicos en una molécula. Energía nuclear : energía relacionada con los fuertes enlaces dentro del núcleo del átomo. Una reacción química tiene que ver con cambios en la estructura de los electrones de los átomos, pero en una reacción nuclear los cambios ocurren en el núcleo; por lo tanto, un átomo conserva su identidad durante una reacción química pero la pierde durante una nuclear. Los átomos pueden poseer también energías de momento dipolar eléctrico y magnético cuando se someten a campos magnéticos y eléctricos externos debidos al giro de los dipolos magnéticos resultantes de pequeñas corrientes eléctricas relacionadas con los electrones que orbitan.

Formas de

energía

Calor: interacción de energía donde la fuerza impulsora es una diferencia de temperatura.

Una interacción de energía donde la fuerza impulsora no es una diferencia de T, es Trabajo.

Formas de energía

Un volumen de control también intercambia energía vía transferencia de masa.

Formas de energía

La energía cinética de un objeto es una forma organizada de energía relacionada con el movimiento ordenado de las moléculas en una dirección con trayectoria recta o alrededor de un eje. En cambio, las energías cinéticas de las moléculas son completamente aleatorias y muy desorganizadas.

Energía nuclear

Reacción de fisión: división del átomo de uranio (isótopo U-235) en otros elementos.

Energía mecánica

݁ ௠௘௖á௡𥠀௖௔ =

௉ 󓀀 +^

௏మ ଶ + 𥀀𩰀

ܧ௠௘௖á௡𥠀௖௔ ݁݉ = (^) ௠௘௖á௡𥠀௖௔ ݉ =

௉ 󓀀 +^

௏మ ଶ + 𥀀𩰀

݁∆ (^) ௠௘௖á௡𥠀௖௔ = ௉మ−௉భ 󓀀 +^

௏మమ−௏భమ ଶ + 𥀀ሺ𩰀ଶ^ − 𩰀ଵሻ^ [kJ/kg]

ܧ∆௠௘௖á௡𥠀௖௔ ݁∆ ݉ = (^) ௠௘௖á௡𥠀௖௔ ݉ =

௉మ−௉భ 󓀀 +^

௏మమ−௏భమ ଶ + 𥀀ሺ𩰀ଶ^ − 𩰀ଵሻ^ [kW]

Transferencia de

energía por calor