UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE MEXICO

Alumno: Edmundo Agustn Resendes Mondragn

Matricula AL12520052Materia TermodinamcaEvidencia de aprendizajeResumen Unidad 1

1.1. Reformulacin de la primera ley de la termodinmica

La primera ley de la termodinmica menciona que la energa no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Esto quiere decir que cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinmico, el calor cedido por el sistema ser igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa.Es decir Q = W, siendo Q es el calor entregado por el sistema al medio ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo. La formula de esta ley viene dada por:

Siendo U la energa interna, Q el calor y W el trabajo.

Si el valor de Q es positivo la energa va del ambiente al sistema, o negativo si lo ha perdido el sistema y W, es positivo si lo realiza el ambiente contra el sistema y negativo si est realizado por el sistema.1.1.1. Primera ley de la termodinmica para sistemas cerrados (masa de control)

Un sistema cerrado es aqul que no intercambia masa con el resto del universo termodinmico, es conocido como masa de control.

El sistema cerrado puede tener interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, as como realizar trabajo a travs de su frontera.

Su ecuacin general es:

Siendo Q la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el sistema,W el trabajo total e incluye trabajo elctrico, mecnico y de frontera; y finalmente U la energa interna del sistema.1.1.2. Primera ley de la termodinmica para sistemas abiertos (volumen de control)

Un sistema abierto es en el cual existe entrada y/o salida de masa, as como interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, adems puede realizar trabajo de frontera.

Su ecuacin general es:

O del mismo modo;

Siendo in las entradas de masa al sistema.Siendo out las salidas de masa desde el sistema.Donde es la energa por unidad de masa del flujo y comprende la entalpa, la energa potencial,y la energa cintica:

La energa del sistema esta representada por:

La variacin de energa del sistema en el intervalo de tiempo considerado (entre t0 y t) es:

1.2. Anlisis exergtico

1.2.1. Definicin y concepto de exerga

La exerga es la propiedad termodinmica por medio de la cual es posible calcular el potencial de trabajo til que puede generar un sistema al interactuar ste con su entorno.

Tambin es til para saber el potencial de un sistema como fuente de trabajo. Las variaciones de esta magnitud solo depende de los estados inicial y final del proceso y no de los detalles del mismo.Resumiendo podemos decir que la exerga es la porcin de la energa que puede transformarse en trabajo mecnico, la parte restante, sin utilidad practica, recibe el nombre de anerga o entropa.

Mediante su uso, es posible determinar de manera cuantitativa el valor termodinmico de cualquier recurso, y adems es til para analizar rigurosamente el desperdicio de los recursos energticos en todas las actividades de la vida diaria.Dos sistemas termodinmicos con distintas condiciones, cuando entran en contacto entre ellos, evolucionarn por medio de transferencias de masa y energa hacia un estado intermedio de equilibrio, denominado estado muerto. Lo que significa que mientras mayor sean las diferencias entre las magnitudes termodinmicas de dichos sistemas, ms trabajo podremos obtener de la interaccin entre el sistema y su entorno.Un balance de exerga es la combinacin de un balance de energa y de entropa, que derivan de la primera y segunda ley de la termodinmica.

Este suele utilizarse como formulacin alternativa del segundo principio de la termodinmica,cuya definicin formal es En un estado de equilibrio, los valores que toman los parmetros caractersticos de un sistema termodinmico cerrado son tales que maximizan el valor de una cierta magnitud que est en funcin de dichos parmetros, llamada entropaEs posible formular la segunda ley estableciendo que, los nicos procesos que pueden llevarse a cabo en un sistema aislado son en los que la exerga del sistema disminuye.El balance de exerga es muy til para valorar el rendimiento energtico de una instalacin, brindando mas informacin que el rendimiento trmico, adems permite calcular las prdidas de energa en un proceso, la energa aprovechable de flujos salientes en sistemas abiertos y las ventajas de mtodos regenerativos en instalaciones trmicas.Un sistema cerrado se relaciona con el entorno mediante transferencias de energa en forma de calor o trabajo, lo que implica una transferencia de exerga entre el sistema y el entorno, la cual no coincidir necesariamente con la variacin de exerga del sistema, debido a que la exerga tambin se destruye como consecuencia de la generacin de entropa.

La variacin de exerga del sistema cerrado es igual a la transferencia de exerga con el entorno, menos la destruccin de exerga , donde representa la generacin de entropa, que por el segundo principio, no puede ser negativa.Cuando se trata de sistemas abiertos se maneja el concepto de exerga de flujo, que es la exerga asociada a una corriente material que atraviesa un volumen de control determinado:

Siendo h, s, C, y z la entalpa, la entropa, la velocidad, y la altura del flujo respectivamente.

son las propiedades evaluadas en el estado muerto. g es la aceleracin de la gravedad.

El balance de exerga en un sistema abierto como:

Esto significa que la variacin de exerga acumulada en el sistema por unidad de tiempo es igual a:

que es la transferencia de exerga asociada a la transmisin de energa en forma de calor, siendo la velocidad de transferencia de calor a travs de una parte de la frontera a temperatura ,menos

la velocidad de intercambio de exerga por trabajo, excluyendo el trabajo de flujo, ms es la transferencia de exerga asociada a la transferencia de masa entre el sistema y el entorno y menos la destruccin de exerga por unidad de tiempo causada por irreversibilidades internas del volumen de control.1.2.2. Procesos destructores de exerga

Un proceso reversible es aquel que una vez que ocurre, al realizarlo de

manera inversa, tanto el sistema como sus alrededores regresan al estado inicial.

Un proceso irreversible es aquel que produce efectos que no se pueden deshacer por lo que no es posible regresar tanto al sistema como a sus alrededores al estado inicial una vez que

sucede.

De acuerdo con la primera ley de la termodinmica, la energa del sistema junto

con sus alrededores permanece constante, pero en el proceso irreversible, la cantidad de

energa que puede convertirse en trabajo decrece.

La irreversibilidad de un proceso se define como: I=Wmax -Wreal.

El trabajo mximo debe calcularse bajo las siguientes condiciones:

1) Que los procesos se lleven a cabo entre los mismos estados inicial y final.

2) Que el intercambio de calor entre los depsitos de energa sea el mismo para los dos

procesos.

3) Debe considerarse el intercambio de calor con el entorno si fuera el caso.

1.2.3. Evaluacin de exerga destruida en sistemas cerrados y abiertos

La variacin de la energa se compone de incrementos de energa potencial, energa

cintica y de energa interna, al encontrar una relacin para la exerga tendremos

Reagrupando y sustituyendo las expresiones para la energa

potencial y cintica, la ecuacin queda:Las dos ecuaciones anteriores se refieren a intercambios

de energa entre el estado final y el estado muerto del sistema. pero puede haber

procesos intermedios y el sistema puede intercambiar exerga con otros dispositivos. Es posible calcular el intercambio de exerga como la

diferencia de exerga entre los dos estados y las ecuaciones son vlidas para estos procesos intermedios.

Reformulando para expresar el intercambio de exerga entre los estados 1 y 2 tenemos:E del estado 1 al estado 2, el balance de exerga de un sistema cerrado en su forma de incrementos promedios. Expresndola en su forma diferencial tenemos:

integrndola queda:

Esto nos da los aumentos de energa de lado derecho de la ecuacin, por ser las energas, interna, cintica y potencial variables de estado.

La integral de la diferencial del trabajo entre los puntos 1 y 2, es el trabajo

total realizado W.

La segunda ley de la termodinmica introduce una nueva variable S

llamada entropa se relaciona con el calor transferido

:

la cual parra procesos reversibles queda:

Para procesos irreversibles, la ecuacin contiene un trmino extra de entropa generada por la irreversibilidad de los procesos reales,

dando:

cuando se integra se transforma en:

quedando en su forma final como

siendo esta ltima forma el intercambio de exerga para una masa de control.

1.2.4. Eficiencia exergtica

La eficiencia exergtica se define en trminos generales como como la proporcin entre la

exerga del producto y la exerga del recurso:

La exerga del producto se refiere al resultado deseado producido por el sistema, mientras

que la exerga del recurso se refiere precisamente a la exerga utilizada para generar el

producto.

La exerga del recurso no es necesariamente la suma de toda la exerga que entra al sistema ni la exerga del producto es la suma de toda la exerga que sale, como fue originalmente propuesto por Grassmann, ya que considerarlo as puede llevar a conclusiones errneas.