La primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos(volúmenes de control)-Clase 11 termodinámica

Summary

En 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.