2. Contexto La energía a nivel mundial
Contexto Mundial
Fuente: International Energy Agency (2012)
La energía es fundamental para todas las actividades humanas, a nivel
mundial se obtiene de diversas fuentes
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3. Contexto Energía en Colombia
Colombia
Fuente: Unidad de Planeación Minero-energética en Colombia UPME (2012)
En Colombia, la energía eléctrica principalmente se obtiene a partir de las
hidroeléctricas
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4. Contexto Fuentes de la energía
Fuentes de energía
Fuente: http://www.earthlyissues.com/renew.htm
Según la fuente, la energía puede clasificarse como renovable o no
renovable.
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5. Contexto Fuentes de la energía
Tipos de energía
Fuente: http://alessiobernardelli.wordpress.com/2011/05/12/i-really-want-a-free-copy-of-imindmap-5-ultimate/
La energía se presenta en múltiples formas según sea usada
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6. Unidades de la energía y potencia Unidades de la energía en SI y USCS
Unidades de la Energía
Fuente: http://www.vfundude.com/2012/06/what-is-work-physics-and-definition-of-work/
Work = cosθ
−→
F .s
Unidades de energía del sistema internacional
1 J=1N.m=1kgm
s2
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7. Unidades de la energía y potencia Unidades de la energía en SI y USCS
Unidades del sistema Inglés
Unidades de USCS y otras
1lb ft
s2 .ft = 1lbf.ft
1 BTU = 778.169 lbf.ft
1 BTU = 252 cal
1 cal = 4.1868 J
1 BTU = 1055.055056 J
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8. Unidades de la energía y potencia Potencia
La potencia
Fuente: http://auto.howstuffworks.com/horsepower.htm
Definición
La potencia se define como la velocidad a la que se transforma la energía
Potencia=Energ«ıa
Tiempo
1W=1J
s 1HP = 550 lbf .ft
s
1 HP = 745.7 W 1kW.h = 1kJ
s x3600s = 3600kJ
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9. Energía potencial y energía cinética Energía potencial
Energía potencial
Definición
Ep = mgz ep = gz
Tanto la energía cinética como la energía potencial dependen del estado
inicial y final (Son propiedades de estado)
Ep = EpFinal
− EPInicial
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10. Energía potencial y energía cinética Energía cinética
Energía cinética
Definición
Ep = m
−→
V 2
2
ep =
−→
V 2
2
1
m2
s2
= 1
kg.m2
kg.s2
= 1 kg
m2
s2
1
kg
= 1
J
kg
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11. La energía en forma de trabajo Definición de trabajo
Definición del trabajo
El trabajo NO es función de estado, depende de la trayectoria
termodinámica
δW =
−→
F.dx W1 2 =
ˆ
δW
La potencia está definida como
˙W =
δW
dt
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12. La energía en forma de trabajo El trabajo de eje o de torque
Trabajo de torque
El torque es el trabajo que se transfiere por el uso de un eje.
Wτ = (2π_τ)t _Wτ = 2π_Nτ
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13. La energía en forma de trabajo El trabajo eléctrico
Trabajo eléctrico
El amperaje y el voltaje se multiplican para calcular la potencia transferida
por un dispositivo eléctrico o electrónico
WEE = (IV)t _WEE = IV
1W = 1 V.A.
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14. La energía en forma de trabajo El trabajo de expansión y compresión
Trabajo de expansión y compresión
El trabajo de expansión y compresión sucede muchas veces en los motores de
combustión interna y es básico para entender otros fenómenos fisicoquímicos.
Durante la transferencia de trabajo, el volumen del sistema cambia. También
puede cambiar la presión o la temperatura.
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15. La energía en forma de trabajo El trabajo de expansión y compresión
Ecuación básica para el trabajo de expansión
δW = −
−→
F dx
δW = −
−→
F dx A
A = −
−→
F
A A.dx
δW = −P.A.dx = −P.dV
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16. La energía en forma de trabajo El trabajo de expansión y compresión
Trabajo de un proceso isobárico
Cuando la presión es constante...
δW = −P.dV P = cte.
ˆ
δW = −
ˆ
P.dV = −P
ˆ
dV
−P
ˆ
dV = −P V
ˆ
δW = −P V
W1 2 = −P V
V = V2 − V1
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17. La energía en forma de trabajo El trabajo de expansión y compresión
Trabajo de un proceso isotérmico
Cuando el producto PV es constante...
δW = −P.dV PV = k P = k/V
ˆ
δW = −
ˆ
k
V
.dV = −k
ˆ
dV
V
−k
ˆ
dV
V
= −k.ln
V2
V1
ˆ
δW = −k.ln
V2
V1
W1 2 = −k.ln
V2
V1
k = P1V1 = P2V2
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18. La energía en forma de trabajo El trabajo de expansión y compresión
Trabajo de un proceso politrópico
Para un proceso politrópico...
δW = −P.dV PV n
= k P = k.V −n
Donde n es una constante...la constante de un proceso politrópico
ˆ
δW = −
ˆ
PdV = −
ˆ
k.V −n
dV
−k
ˆ
V −n
dV = −k
V −n+1
2 − V −n+1
1
−n + 1
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19. La energía en forma de trabajo El trabajo de expansión y compresión
Continuación...Trabajo politrópico
Continuación...
Como PV n = k y k = P1V n
1 = P2V n
2
−k
V −n+1
2 − V −n+1
1
−n + 1
=
(P2V n
2 )(V −n+1
2 ) − (P1V n
1 )(V −n+1
1 )
1 − n
ˆ
δW = −
ˆ
PdV = W1 2 =
(P2V2) − (P1V1)
1 − n
W1 2 =
(P2V2) − (P1V1)
1 − n
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20. La energía en forma de trabajo El trabajo de expansión y compresión
Unidades del producto PV
Muy importante!!!!!!!
PV [=]1 Pa.m3
= 1
N
m2
m3
= 1N.m = 1J
Si se usa el volumen específico...
Pv[=]1 Pa.m3
kg = 1 J
kg
Si se usa el volumen molar
P ˜V [=]1 Pa. m3
kgmol = 1 J
kgmol
En USCS??
1 psia.ft3 ????? BTU????? Joul?????
Y ESTAS CONVERSIONES SE USAN EN TODAS LAS ECUACIONES
PRECEDENTES!!!!!!!!
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21. El Calor Definición de calor
El calor
Y entonces ¿Cual es la conclusión aquí?
Para que el calor pueda transferirse se requiere que exista una diferencia de
temperaturas a lo largo del espacio de transferencia.
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22. El Calor Mecanismos de transferencia de calor
Los mecanismos de la transferencia de calor
Mecanismos de tranferencia de calor
CONDUCCIÓN: A través de un sólido, liquido o gas SIN movimiento neto
molecular
CONVECCIÓN: A través de un líquido o gas CON movimiento neto
RADIACIÓN: Es un fenómeno de ondas en el que no se requiere la materia
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23. El Calor Diagramas PV, trabajo y calor...
Diagramas PV
El trabajo y el calor son funciones de trayectoria
Dependen del proceso termodinámico, de la forma de la ruta. NO
dependen de los estados inicial y final
ˆ
δW = W1 2
ˆ
δQ = Q1 2
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24. Energía interna y entalpía. La energía interna U
Energía Interna
La energía interna: Propiedad termodinámica
Es una propiedad de las sustancias puras
Es la energía propia de las sustancias y contabiliza, internamente,
varias formas de energía...
Es la suma de energía intrínseca y extrínseca
Extrínseca como la energía cinética de rotación y traslación de las
moléculas respecto a un eje coordenado
Intrínseca como la energía de los átomos, los enlaces, el núcleo,
electrostática, magnética
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25. Energía interna y entalpía. La energía interna U
Energía interna (Continuación...)
La energía interna U
Algunas de estas se pueden medir directamento y otras no son de fácil
medida
Todas estas energías se suman en una sola propiedad LA ENERGÍA
INTERNA U
Es útil en el balance de energía de sistemas cerrados...
ˆ
dU = U = U2 − U1
U[=]kJ u[=]
kJ
kg
˜U[=]
kJ
kgmol
PANTOJA-GUERRERO, R.A. () TERMODINÁMICA Clase 02: Energía Marzo 1 de 2013 25 / 28
26. Energía interna y entalpía. La entalpía H
La entalpía
La entalpía
Es una propiedad termodinámica bastante útil que está definida en
función de la energía interna, la presión y el volumen
También es una propiedad de estado
H ≡ U + PV
ˆ
dH = H = H2 − H1
h ≡ u + Pv H ≡ ˜U + P ˜V
Es una propiedad múy útil para evaluar sistemas abiertos (Donde hay
transporte de materia)
PANTOJA-GUERRERO, R.A. () TERMODINÁMICA Clase 02: Energía Marzo 1 de 2013 26 / 28
27. Labores de estudio independiente Lecturas obligatorias
Lecturas obligatorias
Incluir en la lectura la solución de los ejercicios de ejemplo.
1 Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2006). Thermodynamics: an
engineering approach. McGraw-Hill Higher Education.
Sección 2.1 hasta la Sección 2.6
2 Wark, K., & Richards, D. E. (2001). Termodinámica. McGraw-Hill.
Capítulo 2, con especial énfasis en el capítulo 2.6
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28. Labores de estudio independiente Ejercicios propuestos
Ejercicios propuestos
Incluir en la lectura la solución de los ejercicios de ejemplo.
1 Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2006). Thermodynamics: an
engineering approach. McGraw-Hill Higher Education.
Ejercicios del 2.8 al 2.14
Ejercicios del 2.43 al 2.50
Ejercicios del 2.69 al 2.74
2 Wark, K., & Richards, D. E. (2001). Termodinámica. McGraw-Hill.
Ejercicio del 2.13 al 2.21I
Ejercicios del 2.39 a 2.65
Las respuestas a algunos de los ejercicios planteados están en el apéndice
respectivo (WARK) o incluso están en el enunciado planteado (WARK)
PANTOJA-GUERRERO, R.A. () TERMODINÁMICA Clase 02: Energía Marzo 1 de 2013 28 / 28
