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.

Outlines

00:00

😀 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.

05:01

😉 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.

10:01

🎓 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.

15:01

🛠 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.

20:02

🚀 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.

25:04

📚 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.

Keywords

💡Termodinámica

Termodinámica es la ciencia que estudia la energía y sus transformaciones. En el video, se utiliza para entender los procesos de energía en sistemas abiertos, como los sistemas de flujo estacionario, donde la masa y la energía pueden entrar y salir, pero las propiedades del sistema no cambian con el tiempo.

💡Primera Ley de la Termodinámica

La Primera Ley de la Termodinámica, también conocida como el principio de conservación de la energía, establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que solo se transforma. En el video, esta ley se aplica a sistemas cerrados y abiertos, y se deduce su ecuación para sistemas abiertos, donde se considera la energía transportada por el flujo de masa.

💡Sistema Abierto

Un sistema abierto es aquel en el que la masa puede fluir libremente a través de sus límites. En el video, se discute cómo en estos sistemas, la masa y la energía entran y salen, pero el sistema mantiene sus propiedades constantes a lo largo del tiempo, lo que es característico de un proceso de flujo estacionario.

💡Sistema de Flujo Estacionario

Un sistema de flujo estacionario se refiere a un sistema abierto donde las propiedades del sistema, como la masa, volumen, energía y entropía, no cambian con el tiempo. En el video, se analiza cómo la energía se balancea en estos sistemas, siendo igual la energía que entra y la que sale.

💡Energía de Flujo

La energía de flujo, también conocida como trabajo de flujo, es la energía requerida para introducir o retirar masa de un sistema abierto. En el video, se describe cómo esta energía se calcula como la presión por el volumen del fluido que entra o sale del sistema.

💡Entropía

La entropía es una propiedad termodinámica que indica el grado de desorden o la dispersión de la energía en un sistema. En el video, se menciona que la entropía, representada por 'h', es igual a la energía interna más la presión por volumen, y se relaciona con la energía transportada por el fluido en movimiento.

💡Energía Cinética

La energía cinética es la energía que un objeto posee debido al movimiento. En el video, se explica que la energía cinética es una parte de la energía transportada por el fluido en movimiento, y se expresa como la masa por el cuadrado de la velocidad dividido por 2.

💡Energía Potencial

La energía potencial es la energía que un objeto posee debido a su posición en un campo gravitatorio. En el video, se discute cómo la energía potencial es otra parte de la energía transportada por el fluido, y se calcula como la masa por la gravedad por la altura.

💡Bombas

Las bombas son dispositivos que transforman trabajo mecánico en energía de flujo en un líquido. En el video, se describe cómo las bombas aumentan la presión del líquido para moverlo de un lugar a otro, y se relaciona con la aplicación de la primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos.

💡Turbina

Una turbina es un dispositivo que convierte la energía de flujo en energía mecánica o trabajo. En el video, se menciona que las turbinas son utilizadas en plantas hidroeléctricas para transformar la energía del agua en rotación de un eje, que luego se utiliza para generar electricidad.

💡Compresor

Un compresor es un dispositivo que aumenta la presión de un gas suministrando trabajo al mismo. En el video, se discute cómo los compresores trabajan con gases, aumentando su energía de flujo y se relaciona con la ecuación de la primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos.

💡Tobera

Una tobera, también conocida como aceleradora, es un dispositivo que incrementa la velocidad del fluido a costa de su presión. En el video, se describe cómo la tobera permite que el fluido salga con mayor velocidad pero con menor presión, transformando energía de flujo en energía cinética.

💡Difusor

Un difusor es un dispositivo que aumenta el diámetro de un tubo, lo que conduce a un aumento de presión y una disminución de velocidad del fluido. En el video, se menciona que el difusor transforma la energía cinética en energía de flujo, y se relaciona con los cambios considerables en la energía cinética.

💡Válvula Estrangulamiento

Una válvula estrangulamiento es un dispositivo que restringe el flujo de un fluido. En el video, se describe cómo esta válvula permite controlar el flujo, y se relaciona con la disminución de la presión a la salida en comparación con la de la entrada.

💡Cámara de Mezclado

Una cámara de mezclado es un dispositivo que mezcla varios fluidos. En el video, se menciona que esta cámara no suele tener una gran transferencia de calor, trabajo o cambios significativos en la energía cinética y potencial.

💡Radiadores

Los radiadores, como los utilizados en los carros, son dispositivos que permiten el intercambio de calor entre dos fluidos sin que estos se mezclan. En el video, se describe cómo estos dispositivos tienen una transferencia de calor considerable y se relacionan con la aplicación de la termodinámica en sistemas de intercambio de calor.

💡Tramo de Tubería

Un tramo de tubería es un dispositivo que transporta fluidos y puede tener valores considerables de transferencia de calor, trabajo o cambios significativos de energía cinética y potencial, dependiendo de las condiciones del problema. En el video, se discute cómo este dispositivo es esencial en la ingeniería para el transporte de fluidos.

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]