La primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos(volúmenes de control)-Clase 11 termodinámica
Summary
TLDREn este video de termodinámica, el instructor Gabriel Fernando García Sánchez presenta la primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos y de flujo estacionario. Se revisan conceptos básicos como el sistema termodinámico, la energía y la masa en movimiento, y se deduce la ecuación para sistemas abiertos. Se explica cómo la energía se transporta por un fluido en movimiento, considerando el trabajo de flujo, la energía interna, cinética y potencial. El video también cubre el análisis de energía en dispositivos reales como bombas, compresores, turbinas, toberas, difusores, válvulas, cámaras de mezclado, radiadores y tuberías, ilustrando cómo aplican la primera ley de la termodinámica en diferentes situaciones. Finalmente, se ofrecen recomendaciones de lectura y se anima a los estudiantes a visualizar y comprender físicamente estos dispositivos.
Takeaways
- 📚 La clase de termodinámica trata sobre la primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos y de flujo estacionario.
- 🔍 Se revisan los conceptos básicos de sistema termodinámico, incluyendo sistemas cerrados y abiertos, y se enfatiza la conservación de la energía y la masa.
- 🌡️ Se describe la primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados, relacionando el cambio en la energía interna con el calor y el trabajo.
- 🚰 Se deduce la ecuación de la primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos, destacando el flujo de masa y energía.
- 🌟 Se explica que en un sistema estacionario las propiedades del sistema, como masa, energía y entropía, no cambian con el tiempo.
- 💧 Se introduce el concepto de energía transportada por un fluido en movimiento, incluyendo energía de flujo, energía cinética y energía potencial.
- 🔧 Se discuten diversos dispositivos de flujo estacionario utilizados en la ingeniería y la vida real, como bombas, compresores, turbinas, toberas, difusores, válvulas de estrangulamiento, cámaras de mezclado, radiadores y tramo de tubería.
- 🔨 Se menciona que la energía mecánica puede ser transformada en energía de flujo y viceversa, dependiendo del dispositivo utilizado.
- ⚙️ Se destacan las aplicaciones prácticas de estos dispositivos, como la transferencia de calor en radiadores de automóviles y la generación de energía eléctrica en hidroeléctricas.
- 📈 Se sugiere la importancia de comprender tanto el análisis termodinámico como la forma y funcionamiento físico de estos dispositivos en la práctica.
- 📘 Se recomiendan recursos de estudio adicionales, como la termodinámica de Sanguily de Bailén, para un estudio más profundo del tema.
Q & A
¿Qué es la termodinámica y qué se analiza en primer lugar desde su perspectiva energética?
-La termodinámica es la ciencia de la energía. Lo primero que se hace para realizar un análisis desde el punto de vista energético es elegir lo que se va a analizar, a esto se le llama sistema termodinámico.
¿Cuáles son las dos formas en las que se puede considerar un sistema termodinámico?
-Un sistema termodinámico puede ser una cantidad de masa fija, lo que se llama sistema cerrado o masa de control, o una región en el espacio, lo que se llama volumen de control o sistema abierto.
¿Qué principio establece la primera ley de la termodinámica y cómo se aplica a un sistema cerrado?
-La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. En un sistema cerrado, la energía puede transferirse en forma de calor y trabajo, y la expresión de esta ley es que el cambio de la energía interna del sistema es igual al calor entrante menos el trabajo de salida.
¿Cómo se conserva la masa en un sistema abierto y cómo se relaciona con el flujo mágico?
-En un sistema abierto, la masa también se conserva, lo que significa que al final del proceso, la masa del sistema será la masa inicial más la masa entrante menos la masa saliente. Esto se expresa como el flujo mágico que entra menos el flujo mágico que sale es igual al cambio de masa dentro del sistema con el tiempo.
¿Qué es un sistema estacionario y cómo se relaciona con el flujo mágico en un proceso de flujo estacionario?
-Un sistema estacionario es uno en el cual sus propiedades no cambian con el tiempo. En un proceso de flujo estacionario, se tiene un sistema abierto con entrada y salida de masa, pero las propiedades del sistema, incluida la masa, no cambian. Esto significa que el flujo mágico que entra es igual al flujo mágico que sale.
¿Qué es la energía de flujo y cómo se relaciona con el trabajo requerido para introducir o retirar masa de un sistema abierto?
-La energía de flujo, también conocida como trabajo de flujo, es la energía requerida para introducir o retirar masa de un sistema abierto. Se expresa como la presión por el área por la distancia, donde la distancia es la longitud a través de la cual actúa la fuerza, que es igual a la presión por el área.
¿Cómo se puede expresar la energía transportada por un fluido en movimiento en términos de entropía, energía cinética y energía potencial?
-La energía transportada por un fluido en movimiento se puede expresar como la entropía más la energía cinética (masa por el cuadrado de la velocidad dividido por 2) más la energía potencial (masa por la gravedad por la altura).
¿Qué es un sistema de flujo estacionario y cómo se aplica la primera ley de la termodinámica a este tipo de sistemas?
-Un sistema de flujo estacionario es uno en el que las propiedades del sistema, como la masa, la energía y la entropía, no cambian con el tiempo. La primera ley de la termodinámica en estos sistemas se aplica diciendo que la energía que entra por unidad de tiempo es igual a la energía que sale por unidad de tiempo, ya que la variación de energía con el tiempo es cero.
¿Cómo se relaciona la energía transportada por la masa en un sistema de flujo estacionario con la energía cinética y potencial?
-En un sistema de flujo estacionario, la energía transportada por la masa se puede expresar por unidad de masa como la entropía específica más la energía cinética por unidad de masa (velocidad al cuadrado dividido por 2) más la energía potencial por unidad de masa (gravedad por altura).
¿Qué dispositivos de ingeniería se mencionan en el script y cómo se relacionan con la primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos?
-Se mencionan varios dispositivos de ingeniería como la bomba, el compresor, la turbina, la tobera, el difusor, la válvula estrangulamiento, la cámara de mezclado, los intercambios de calor y un tramo de tubería. Todos estos dispositivos trabajan bajo el principio de la primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos, lo que significa que la energía que entra en el sistema es igual a la energía que sale, considerando el trabajo, el calor y el flujo mágico.
Outlines
😀 Introducción a la Termodinámica de Sistemas Abiertos
El primer párrafo presenta una clase de termodinámica enfocada en la primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos y de flujo estacionario. El profesor Gabriel Fernando García Sánchez da la bienvenida y resume los temas que se abordarán, como la energía transportada por un fluido, los balances de energía y los dispositivos de flujo estacionario utilizados en la ingeniería. Destaca la importancia de entender la termodinámica como la ciencia de la energía y la elección del sistema termodinámico, ya sea un sistema cerrado o abierto. Expone la primera ley de la termodinámica, que establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma, y se aplica a sistemas cerrados y abiertos, donde la masa y energía pueden transferirse en forma de calor, trabajo o flujo mágico.
😉 Energía Transportada por un Fluido en Movimiento
En el segundo párrafo, se profundiza en el concepto de energía transportada por un fluido en movimiento dentro de un sistema abierto. Se introduce la idea de energía de flujo o trabajo de flujo, necesaria para introducir o retirar masa de un sistema, y se relaciona con la presión y el volumen del fluido. Se discute cómo la energía transportada por el fluido incluye no solo el trabajo de flujo, sino también la energía interna, cinética y potencial. La entropía se menciona como una propiedad que indica el cambio de energía en un sistema, y se utiliza para expresar la energía transportada por el fluido en términos de entropía, energía cinética y potencial por unidad de masa.
🎓 Análisis de Energía en Sistemas de Flujo Estacionario
El tercer párrafo se centra en el análisis de energía en sistemas de flujo estacionario, donde las propiedades del sistema, como la masa, la energía y la entropía, no cambian con el tiempo. Se presenta la primera ley de la termodinámica en estos sistemas, que establece que la energía que entra por unidad de tiempo es igual a la energía que sale por unidad de tiempo. Se discute cómo la energía que entra al sistema se puede expresar en términos de calor, trabajo y energía transportada por la masa entrante. Se enfatiza que en un sistema de flujo estacionario, la energía neta que entra y sale es cero, ya que todas las propiedades permanecen constantes.
🛠 Dispositivos de Ingeniería y su Análisis Termodinámico
El cuarto párrafo explora una variedad de dispositivos de ingeniería que operan bajo el principio de la primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos y de flujo estacionario. Se describen dispositivos como la bomba, que transforma energía mecánica en energía de flujo, el compresor, que trabaja con gases y aumenta su presión, y la turbina, que transforma energía de flujo en energía mecánica. Se discuten las consideraciones para usar la ecuación de la primera ley de la termodinámica en estos dispositivos, como la aproximación del calor a cero y la despreciación de cambios en energía cinética y potencial.
🚀 Aplicaciones de la Primera Ley de la Termodinámica en Dispositivos de Flujo
El quinto párrafo continúa examinando la aplicación de la primera ley de la termodinámica en diferentes dispositivos de flujo, como la tobera, el difusor, la válvula de estrangulamiento, la cámara de mezclado y los intercambios de calor. Se explica cómo estos dispositivos afectan la energía cinética y la presión del fluido, y cómo la transferencia de calor y el trabajo pueden ser despreciables o significativos dependiendo del dispositivo y las condiciones. Se enfatiza la importancia de comprender tanto el análisis termodinámico como la forma y funcionamiento físico de estos dispositivos.
📚 Recursos de Aprendizaje y Conclusión de la Clase
El sexto y último párrafo ofrece recomendaciones de recursos de aprendizaje para profundizar en el estudio de la termodinámica, incluyendo libros específicos como la 'Termodinámica de Sanguily de Bailén'. El profesor agradece la atención de los estudiantes, los anima a dar 'like' y a suscribirse para recibir más contenido, y menciona la posibilidad de complementar la clase con un vídeo de ejercicios para aplicar los conceptos aprendidos.
Mindmap
Keywords
💡Termodinámica
💡Primera Ley de la Termodinámica
💡Sistema Abierto
💡Sistema de Flujo Estacionario
💡Energía de Flujo
💡Entropía
💡Energía Cinética
💡Energía Potencial
💡Bombas
💡Turbina
💡Compresor
💡Tobera
💡Difusor
💡Válvula Estrangulamiento
💡Cámara de Mezclado
💡Radiadores
💡Tramo de Tubería
Highlights
Clase de termodinámica sobre la primera ley en sistemas abiertos y volúmenes de control.
Revisión de conceptos básicos de termodinámica y sistemas cerrados.
Explicación de la primera ley de la termodinámica y su aplicación en sistemas cerrados.
Introducción a sistemas abiertos y la conservación de la masa.
Ecuación de la masa en sistemas abiertos y su significado.
Definición de un sistema estacionario y sus características.
Análisis de la masa y energía en un proceso de flujo estacionario.
Energía transportada por un fluido en movimiento y su importancia.
Concepto de energía de flujo y su cálculo en sistemas abiertos.
Relación entre la entropía, energía interna y el trabajo de flujo.
Expresión de la energía transportada por el fluido en términos de entropía y energía cinética.
Factorización de la masa en la ecuación de energía transportada.
Análisis de energía en sistemas de flujo estacionario y su aplicación práctica.
Primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos y su ecuación.
Discusión sobre dispositivos de flujo estacionario y su análisis termodinámico.
Descripción de la bomba como dispositivo de flujo estacionario y su función.
Funcionamiento del compresor y su aplicación en la vida real.
Operación de la turbina y su papel en la generación de energía.
Uso de la tobera para incrementar la velocidad del fluido a costa de su presión.
El difusor y su papel en la conversión de energía cinética en energía de flujo.
Aplicación de válvulas estrangulamiento en la ingeniería y su efecto en el flujo de fluidos.
Función de la cámara de mezclado y su uso en la mezcla de fluidos.
Importancia de los intercambios de calor en la termodinámica y su aplicación.
Consideración de un tramo de tubería en el análisis termodinámico de fluidos.
Recomendación de recursos de estudio adicionales para la termodinámica.
Conclusión de la clase y sugerencia de realizar ejercicios prácticos.
Transcripts
cómo
[Música]
hola que tal amigos bienvenidos a esta
clase de termodinámica en la cual
hablaremos de la primera ley de la
termodinámica en sistemas abiertos o
volúmenes de control en el caso
específico de los sistemas de flujo
estacionario mi nombre es gabriel
fernando garcía sánchez bienvenidos
nuevamente espero que les sirva mucho
esta clase este el contenido que vamos a
ver en esta presentación iniciaremos
realizando un repaso de los temas que
vimos anteriormente continuaremos
hablando de la energía transportada por
un fluido de movimiento despues
realizaremos algunos balances de energía
en sistemas de flujo estacionario o
veremos cómo se realizan esos balances
para terminar mencionando algunos
dispositivos de flujo estacionario que
se usan en la ingeniería que se usan en
la vida real
bien entonces entrando en materia
recordemos que la termodinámica es la
ciencia y la energía y lo primero que
hacemos para realizar un análisis desde
el punto de vista la energía es elegir
qué es lo que vamos a analizar a eso que
vamos a analizar es a lo que llamamos
sistema termodinámica que puede ser de
dos maneras una cantidad de masa fija a
lo cual llamamos sistema cerrado o masa
de control o una región en el espacio a
lo cual llamamos volumen de control o
sistema abierto también hablamos de la
primera ley de la termodinámica que es
ese principio que nos dice que la
energía no se crea ni se destruye sólo
se transforma y por el cual podemos
concluir que la energía al final de un
proceso la energía de un sistema al
final de un proceso es la energía que
tiene inicialmente más la energía que
entró durante el proceso
- la energía que salió precisamente la
energía puede entrar o salir
de un sistema
en forma de calor trabajo o flujo mágico
son las maneras en las cuales la energía
se puede transferir de un sistema a otro
cuando hablamos de sistemas errados
nosotros veíamos que en el caso
específico un sistema cerrado como lo
que elegimos en una cantidad de masa
fija y no puede aumentar ni disminuir la
masa del sistema la energía podría
transferirse solamente en forma de calor
y trabajo y tras algunos
algún trabajo con la ecuación llegamos a
la última ecuación que vemos en la
diapositiva en la cual podíamos ver que
el cambio de la energía interna el
sistema era igual al calor de tu entrada
menos el trabajo neutro de salida esa es
la expresión de la primera ley de la
termodinámica en sistemas cerrados en
esta clase vamos a deducir la ecuación
de la primera ley de la termodinámica
pero en el otro tipo de sistemas en
sistemas abiertos al igual que la
energía la masa también se conserva
entonces dijimos que en un sistema
abierto una región en el espacio que
elegimos paralizar en la cual puede
entrar o salir masa al igual que la
energía la masa al final del proceso va
a ser la masa que había al inicio más la
masa que entró menos la masa que salió
lo cual lo podemos expresar como lo
vemos en la diapositiva
si lo expresamos por unidad de tiempo
entonces sería el flujo mágico que entra
- el flujo mágico que sale será igual al
cambio de la masa en dentro del sistema
con el tiempo aquí vemos que le hemos
puesto un puntito encima a la m siempre
que vemos un punto encima de la letra
significa que es por unidad de tiempo es
decir aquí ya estamos hablando de flujo
mágico o masa por unidad de tiempo que
es lo mismo entonces simplemente
teniendo en cuenta que la masa se
conserva podemos llegar a la ecuación
que estamos viendo en la diapositiva
en el proceso de flujos acciones que
recordemos que esa palabra estacionario
lo que nos indica es que no cambia con
el tiempo un sistema estacionario es un
sistema en el cual sus propiedades no
cambien con el tiempo un proceso de
flujo estacionario es un proceso en el
cual tenemos un sistema abierto una
región el espacio en el cual está
entrando y saliendo más pero las
propiedades de ese sistema no cambian
como la masa es una propiedad significa
que la cantidad de masa que tiene ese
sistema la cantidad de masa que tiene
esa región que estoy analizando no
aumentar ni va a disminuir no se va a
acumular más ni va a disminuir la masa
del sistema por lo tanto toda la masa
que entra va a ser igual a la masa que
sale entonces observando un poco la
ecuación en el centro de la diapositiva
veremos que el cambio de la masa con el
tiempo va a ser igual a cero porque si
es flujo y cesionarios significa que no
cambia con el tiempo lo que nos lleva a
concluir que el flujo básico que entra
es igual al flujo básico que sale es
decir la masa por unidad de tiempo que
entra es igual a la masa por unidad de
tiempo que sale o la masa que entra es
igual a la masa que sale como en el caso
de una manguera si analizamos una
manguera si ese interior de esa manera
es nuestro sistema
toda la masa que entra esa manguera o
todo el agua que entra esa manguera va a
ser igual a todo el agua que sale no se
está acumulando nada eso es un proceso
de flujo estacionario y en este tipo de
procesos llegamos a esa última ecuación
que vemos en la diapositiva
bien ahora veamos cómo es la masa que
transporta un fluido en movimiento
recuerden que dijimos que la masa puede
viajar entre un sistema en la energía
perdón puede viajar entre un sistema y
otro en forma de calor trabajo o flujo
mágico ya habíamos hablado en clases
anteriores del calor y trabajo ahora
como estamos hablando de sistemas
abiertos vamos a hablar también de la
energía que se transporta con la masa o
la energía transportada por un fluido en
movimiento para ello vamos a empezar
hablando de la energía de flujo
o trabajo de flujo ese es el trabajo que
se requiere la energía que se requiere
para introducir o retirar masa de un
sistema un sistema abierto
entonces
supongamos que tenemos un sistema
abierto eso puede ser un recipiente
puede ser un balde que tiene una entrada
y una salida entonces está entrando más
y está saliendo más
analicemos un elemento de masa que va
entrando ahí supongamos que esto es una
manguera es un tubo que está pegado a
ese sistema
entonces para introducir ese pedazo de
fluido ese pedazo de masa requerimos una
fuerza cierto y esa fuerza no la está
dando la presión entonces necesitamos
una fuerza que será igual a la presión
por el área porque recordemos que la
presión es una fuerza normal sobre el
área en la cual está actuando así que
podemos expresar esa fuerza que se está
ejerciendo o que está llevando el fluido
a entrar al sistema como presión por
área
como el trabajo es fuerza sobre área
podemos expresar a este trabajo para
introducir ese pedazo de masa en el
sistema como fuerza por longitud fuerza
por distancia
lo cual será igual la presión por área
por distancia trabajo fuerza por
distancia como la fuerza es presión por
área ese trabajo será igual la presión
por área por la distancia en la cual
está actuando esa fuerza
ya que aquí lo que tenemos es un pedazo
de cilindro
es la cantidad de masa que estamos
analizando tiene una forma de cilindro
que es la forma de ese tubo por la cual
está pasando por cuál está pasando y el
volumen de cilindro es el área por su
longitud a por l a por l podemos llegar
a la conclusión que ese trabajo el flujo
de energía flujo
será igual a la presión por el volumen
tal como lo vemos en la diapositiva
entonces la energía que transporta ese
fluido en movimiento será igual a ese
trabajo por b
por la energía interna que recordemos
que es esa energía que tiene la masa
nerviosos interacciones a nivel
molecular y que representamos como más
la energía cinética y más la energía
potencial que lleva esa masa estos todos
esos términos son los términos que
representan la energía que está
transportando esa masa que entra o sale
un sistema por eso es que la energía
puede entrar a un sistema en forma de
masa porque la masa lleva energía
consigo entonces si entre un sistema
está haciendo que aumente la masa del
sistema y si sale es haciendo que
disminuya la masa del sistema y esa
energía que lleva la masa se compone de
estas cuatro partes el trabajo para
hacer que entre esa masa o que salga más
la energía que lleva a ella más la
energía cinética más la energía
potencial
recordemos también que habíamos definido
a la entropía que es una propiedad cuya
variación me indica a la energía la el
aumento o disminución de energía de un
sistema en un proceso
y que representamos con h
[Música]
esa h como ya lo habíamos mencionado en
una primera clase es igual a la energía
interna más presión por volumen debido a
esto podemos expresar este término de la
energía transportada por el fluido en
movimiento como la mental pide más la
energía cinética más la energía
potencial recordemos la energía cinética
es igual a la masa por la velocidad al
cuadrado sobre 2 y la energía potencial
es igual a la masa por la gravedad por
la altura
por un tanto podemos expresar la energía
transportada por la masa por el fluido
en movimiento como la entropía más la
energía cinética que es más por
velocidad al cuadrado sobre dos más la
energía potencial masa por grada por
altura
aquí podemos factorizar la masa
recordemos que estas propiedades que
dependen de la masa las podemos expresar
por unidad de masa las llamamos
específicas y en ese caso la
representamos como la letra minúscula
bien
entonces podemos expresar a la h
la entropía como masa por la entropía
específica que no es otra cosa que la
cnrt al pienso breve por un y además ahí
que representamos con h minúscula
y la energía cinética y potencial tienen
a la masa en su definición por lo tanto
este término lo podemos expresar como
ese otro en el cual hemos factorizar la
masa y tenemos dentro del paréntesis a
la entidad por unidad de masa la energía
cinética por una masa y la energía
potencial por unidad de masa
eso también lo podemos expresar por
unidad de tiempo entonces le ponemos ese
puntito encima que significa que es
energía por unidad de tiempo y ahora
será igual al flujo mágico que es la
masa por unidad de tiempo por los
términos delantal pilla energía cinética
y energía potencial en muchas ocasiones
los cambios de energía cinética y
potencia son despreciables por lo que el
segundo y tercer término de esta
ecuación
suelen desaparecer
bien ahora vamos a ver ya que sabemos
cómo y la energía que transporta un
fluido en movimiento vamos a realizar un
análisis de energía en los sistemas de
flujo estacionario sistemas en los
cuales tenemos una región en el espacio
y hay una entrada y salida de fluido
pero las propiedades no cambian con el
paso del tiempo en estos sistemas como
las propiedades permanecen constantes en
el tiempo
la velocidad el volumen la masa de la
energía la entropía todo esto no va a
cambiar con el tiempo esto
entonces podemos expresar la primera vez
de la termodinámica como la primera
ecuación que vemos la difusa en la
diapositiva que ya lo habíamos
mencionado inicialmente que nos dice que
la energía al final del proceso va a ser
la energía que tenía inicialmente más la
energía que entró menos la energía que
salió
para como damos un poco de términos
recordemos que energía final menos
energía inicial no podemos llamar delta
de energía del mismo modo si vemos delta
en tiempo es tiempo final menos tiempo
inicial de alta temperatura temperatura
final menos temperatura inicial
lo podemos expresar por unidad de tiempo
entonces la masa cuenta por unidad de
tiempo menos la masa que sale por unidad
tiempo es igual a la variación
de la masa con el tiempo del mes del
mismo modo con la energía será la
energía que entra por unidad de tiempo
menos la energía que sale por unidad de
tiempo será igual a la variación de la
energía con el tiempo o la derivada de
la energía con el tiempo
vemos qué
la energía que entra menos la energía
que sale es la transferencia energía que
dijimos que puede ser en forma de calor
trabajo o flujo mágico y la variación de
la energía
con el tiempo el cambio la energía del
sistema es el término que se representa
como la derivada de la energía con el
tiempo como en estos sistemas de flujo
estacionario las propiedades no cambian
con el tiempo este término se nos
volverá cero por lo tanto tendremos que
la energía que entra por unidad de
tiempo del sistema es igual a la energía
que sale por el tiempo al sistema del
sistema
como la energía extra que puede
transportar entre los sistemas en forma
de calor trabajo flujo mágico
la energía que entra se puede expresar
como el calor que entra más el trabajo
que entra más la energía que lleva la
masa que entra este término fue el que
acabamos de deducir hace un par de
diapositivas entonces esto es la energía
que entra
la parte que está a la izquierda del
signo igual y la parte que está a la
derecha será el calor que sale el
trabajo que sale por unidad de tiempo
más la energía de la masa que sale todo
esto es la energía que sale el sistema
entonces tenemos la misma ecuación de la
diapositiva pasada la energía que entra
por oni a tiempo es igual a la energía
que sale por unidad de tiempo
lo cual podemos escribir
como la ecuación que vemos encerrada en
un recuadro rojo
el calor por un día de tiempo - el
trabajo por el tiempo es igual a la
energía que sale el sistema debido a la
masa le ponemos esa sumatoria porque
pueden haber varias salidas del sistema
entonces sumamos la energía de todas las
salidas menos la energía que entra por
la masa al sistema también le ponemos la
sumatoria para recordar que podemos
tener varias entradas y hay que sumar la
energía de toda la masa que está
entrando en las diferentes entradas
solamente que hay que tener en cuenta
que este calor es el calor neto de
entrada que es el calor que entra menos
el calor que sale todo por unidad de
tiempo y que será positivo si el calor
está entrando al sistema esto es algo
muy importante es aparte de los signos y
el trabajo ponía tiempo o potencia que
vemos en la ecuación es el trabajo neto
es salir a poner tiempo o potencia neta
de salida que es igual a la potencia que
salen menos la potencia de cuenta y que
será positivo si ese trabajo ponía el
tiempo esa potencia es hecha por el
sistema negativo si ese trabajo por mí
de tiempo o potencia es
[Música]
echa hacia el sistema
esta es una ecuación muy importante esa
es la expresión de la primera ley de la
termodinámica en sistemas abiertos en el
caso de los sistemas de flujo
estacionario entonces los invito a que
la copiemos para que continuamos y
podamos entender mejor la última parte
que es la parte de los dispositivos
reales que trabajan bajo este principio
bien entonces aquí tenemos algunos
dispositivos de ingeniería dispositivos
reales que podemos ver en la vida real y
que trabajan bajo este principio que
podemos analizar por medio de la
ecuación de la primera ley de la
termodinámica en sistemas abiertos
sistemas de flujo estacionario que son
dispositivos de flujo estacionario hoy
vamos a ver una tabla en donde vamos a
mencionar el dispositivo vamos a
mencionar su función también vamos a ver
su símbolo y algunas observaciones esta
parte de las observaciones son
consideraciones que podemos tener en
cuenta para utilizar esta ecuación la
ecuación en el recuadro rojo que es la
ecuación de la primera ley de la
termodinámica de sistemas abiertos
dispositivos de flujo estacionario por
lo tanto si en las observaciones aparece
que el calor se puede aproximar a cero
significa que podemos usar esta ecuación
pero el término de calor desaparecerá
entonces esto pasará a ser cero y ya
solamente nos quedará menos potencia
igual a la energía del flujo que sale
menos la energía del flujo que entra
hizo entonces
inicialmente podemos hablar de la bomba
la bomba es un dispositivo con el que yo
creo que todos los ingenieros tenemos
que trabajar en algún momento es un
dispositivo que transforma el trabajo o
la energía mecánica en energía de flujo
en un líquido esas son las que vemos
cuando se quiere transportar
agua si tenemos de pronto hay alguna
inundación no se quiere vaciar una
piscina se utiliza estas bombas para
sacar el agua para transportar el agua
se le da presión a esa agua para que se
mueva de un sitio a otro a esto es a lo
que llamamos bomba
generalmente se conecta a un motor de
modo que él transforma esa energía
mecánica ese trabajo que le está dando
el motor en energía de flujo o en
presión de ese líquido que estamos
moviendo ese es el símbolo de los
símbolos que se utilizan para
representar las bombas tenemos una
entrada de fluido una salida de fluido y
una entrada de potencia él hace que esa
potencia se transforme en energía de
flujo en el fluido que está entrando y
saliendo sistema que en el caso de las
bombas siempre será un líquido
entre las observaciones vemos que el
calor lo podemos aproximar a cero porque
la transferencia de calor suele ser
despreciable en comparación con las
otras energías que juegan un papel en el
análisis también no tenemos grandes
cambios de energía cinética porque no
hay un gran aumento de velocidad ni
grandes cambios de energía podría ser
porque no hay un gran cambio en la
altura
entre el fluido una entrada y la salida
al dispositivo que también transforma el
trabajo en energía de flujo pero que
trabaja con gases lo llamamos compresor
aquí
se le daba un trabajo nuevamente y el
compresor aumenta bastante su presión
aumenta bastante su energía flujo
gracias a ese trabajo
por unidad de tiempo que se le está
suministrando esos son los dispositivos
que encontramos cuando vamos a inflar
los neumáticos de nuestro auto o nuestra
bicicleta vemos que ese señor nos
conecta una manguera que va conectada a
un equipo que es el que le da presión al
aire que entra en esos neumáticos en
esas llantas ese equipo que la presión
es el compresor es el que estamos viendo
es el que estamos mencionando en este
momento se simboliza de esta manera y
tiene las mismas consideraciones o
podemos tener las mismas consideraciones
que tenemos con la bomba el calor
aproximadamente igual a cero al igual
que los cambios de energía cinética y
potencial por lo tanto en la ecuación
anterior la que vemos para la primera y
de la termodinámica en sistemas de flujo
estacionario el término q
y los términos que tienen que ver con la
energía cinética y potencial ve al
cuadrado sobre 2 y receta desaparecerán
de la ecuación
otro dispositivo de flujo estacionario
muy utilizado en la industria de la
turbina la turbina
transforma la energía de flujo en
energía mecánica o en trabajo es lo
opuesto de lo que se realizaba con las
bombas y los compresores que transforman
la energía mecánica en energía flujo
este transforma la energía de flujos a
la energía que lleva el fluido en
energía mecánica estas son las que
encontramos para la generación eléctrica
en los embalses las hidroeléctricas lo
que se hace es que se hace pasar ese
agua a presión por estos dispositivos
entonces estos dispositivos hacen que
esa energía de esa agua se transforme en
una rotación de un eje el cual se
conecta a un generador y de esta manera
se transforma la energía de flujo en
energía eléctrica
entonces la terminal transforma la
energía de flujo esa presión esa energía
que lleva un flujo que puede ser líquido
o gas
un trabajo
también aquí podemos considerar que el
calor es aproximadamente igual a cero y
podemos despreciar los cambios de
energía cinética y potencial
otro dispositivo es la tobera
aceleradora o simplemente tobera que es
un dispositivo por medio del cual se
incrementa la velocidad del fluido a
expensas de su presión es decir entre un
fluido con una presión y una velocidad y
sale con una velocidad mucho mayor y con
una presión menor estos son como los
dispositivos que se encuentran en la
punta de la manguera de los bomberos es
un cambio diámetro de un diámetro mayor
a uno menor de modo que cuando el fluido
llega allí
sale con mucha más velocidad sale
disparado pero con mucha menos presión
se transforma la energía de flujo en
energía cinética en este caso los
cambios de energía cinética si son
bastante considerables hay un aumento
grande de velocidad por lo tanto la
velocidad la salida va a ser mucho mayor
al de la entrada como lo vemos
y la diapositiva
la transferencia de calor puede
considerarse despreciable no es muy
grande tampoco tenemos unas
interacciones de trabajo muy grandes y
los cambios de energía cinética esto sí
se pueden despreciar esto lo tenemos en
cuenta al trabajar con la ecuación de la
primera ley que acabamos de ver
un dispositivo que hace lo opuesto a lo
que hace la tobera es el difusor aquí lo
que se tiene es un aumento del diámetro
en la tobera se tiene una disminución y
por lo tanto se aumentaba la velocidad y
se disminuía la presión al hablar de
difusores tenemos un aumento del
diámetro y por lo tanto lo que tenemos
es un aumento de presión
pero una disminución de velocidad se
transforma la energía cinética en
energía de flujo en este caso también
tenemos que considerar los cambios de
energía cinética porque un gran cambio
de velocidad
y la velocidad al final a la salida del
difusor va a ser mucho menor
a la velocidad a la entrada también la
transferencia de calor lo podemos
considerar cero la podemos despreciar lo
mismo con el trabajo y con los cambios
de energía potencial
un dispositivo muy común es la válvula
estrangulamiento una válvula es como el
grifo que tenemos en nuestro lavamanos
es un dispositivo que nos permite
aumentar o disminuir
césar completamente el flujo de algún
tipo de fluido en el caso de los
lavamanos será el agua pero este tipo de
dispositivos las válvulas se utilizan en
muchas aplicaciones de la ingeniería hay
muchos tipos de válvula entonces cuando
hablamos de una válvula estrangulamiento
estamos hablando de un dispositivo que
sirve para restringir el flujo para
permitir más paso del fluido o menos
paso de fluido no simbolizamos de la
manera que vemos en la tabla en este
tipo de dispositivos la presión a la
salida será menor que la de la entrada
no van a ver
con unos grandes cambios de energía
cinética potencial no era una gran
transferencia de calor porque realmente
es un área pequeña ni la van a ver y
selecciones de trabajo nos vemos hay una
resistencia ni ninguna
en ningún dispositivo que me esté
generando algún trabajo
todo esto lo tenemos en cuenta al
aplicar la ecuación
también otro dispositivo es la cámara de
mezclado que simplemente es un
dispositivo que nos ayuda a mezclar
varios fluidos
en este caso generalmente tampoco
tenemos una gran transferencia de calor
ni trabajo ni grandes cambios de energía
cinética o potencial
los intercambios de calor muy utilizados
muy importantes como los radiadores de
los carros nos ayudan a hacer un
intercambio de calor entre dos fluidos
hay muchos tipos hay unos que son los de
carcasa y tubos que son los que
representamos en el símbolo de la tabla
para un flujo de punto va a otro fluido
por una carcasa que es
un espacio concéntrico a ese tubo de
modo que los fluidos no se mezclan pero
se intercambian calor entre ellos en
este caso
tendremos una transferencia de calor
considerable si analizamos
los tubos o los espacios por los que
pasan los fluidos independientemente si
lo analizamos globalmente no tanto no
tendremos una gran interacción de
trabajo ni cambios de energía cinética y
potencial que sean considerables y
finalmente un tramo de tubería también
es un dispositivo que podemos considerar
que tiene la misión de transportar
fluidos es un pedazo de tubería y que
dependiendo de las condiciones
particulares del problema puede tener
valores considerables de transferencia
de calor trabajo o cambios
significativos de energía cinética y
potencial si el tubo está aislado
seguramente no va a tener una gran
transferencia de calor pero si no está
así si tiene pronto una resistencia
eléctrica tendrá una gran interacción de
trabajo
si hay grandes cambios de velocidad sin
grandes cambios de altura pues ahora que
consideran los cambios de energía
cinética y potencial
los invito a que vean estos dispositivos
de manera real en busquen fotos de ellos
en internet lo voy a en algunos vídeos
también que están aquí en youtube en
donde se pueden ver cómo son realmente
qué partes tienen cómo funcionan aquí he
hablado un poco de cómo realizar su
análisis desde el punto de vista
termodinámico pero los invito a que
complementen un poco más para que
podamos entender bien cómo es su forma y
cómo su funcionamiento ya a un nivel
físico ya un nivel real
bien esos son algunas lecturas que
recomiendo para continuar con el estudio
de este tema son unos libros que me
parecen muy buenos que son la
termodinámica de sanguily de bailén que
han recomendados
si quieren profundizar un poco más bien
muchísimas gracias por su atención
espero que les sirva mucho verdad espero
que les sea muy útil espero que les haya
gustado si les gustó por favor den en
like y suscriban para subir más vídeos
complementar esto que hemos visto con un
vídeo de ejercicios una clase de
ejercicios en la cual podremos aplicar
todo esto que hemos visto en esta clase
muchísimas gracias
hasta pronto
[Música]
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