Balances de masa y energía de sistemas termodinámicos

Balances de masa y energía de sistemas termodinámicos

1. El balance de energía es una principio físico fundamental al igual que la conservación de masa, que es aplicado para determinar las cantidades de energía que es intercambiada y acumulada dentro de un sistema.

   • "Ley de la conservación de la energía" (Primera Ley de La Termodinámica), es decir "La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma"

2. Trabajo en la frontera

   • Una forma de trabajo mecánico muy común en la práctica es aquella que está relacionada con la expansión o compresión de un gas en un dispositivo de cilindro-émbolo
     • Durante este proceso, parte de la frontera (la cara interna del émbolo) se mueve en vaivén; por lo tanto, el trabajo de expansión y compresión suele llamarse trabajo de frontera móvil o simplemente trabajo de frontera

3. Balance de energía para sistemas cerrados

   • Balance de energía para cualquier sistema
     • El balance de energía para cualquier sistema que experimenta alguna clase de proceso se expresó como:
       • El balance de energía se puede expresar por unidad de masa como
   • Al observar que un sistema cerrado no tiene que ver con ningún flujo másico que cruce sus fronteras, el balance de energía para un ciclo se puede expresar en términos de interacciones de calor y trabajo como
     • Diversas formas de la relación de la primera ley para los sistemas cerrados

4. Calores específicos

   • El calor específico es la energía requerida para elevar la temperatura en un grado de una unidad de masa de una sustancia en una manera especificada.
     • En termodinámica, el interés se centra en dos clases de calores específicos: calor específico a volumen constante cv y calor específico a presión constante cp.
       • el calor específico a volumen constante cv se puede considerar como la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia cuando el volumen se mantiene constante

5. Energía interna, entalpía y calores específicos de gases ideales

   • Se define un gas ideal como un gas cuya temperatura, presión y volumen específico se relacionan mediante Pv = RT
     • Se ha demostrado en forma matemática (capítulo 12) y experimental (Joule, 1843) que para un gas ideal la energía interna es sólo una función de la temperatura. Es decir, u = u(T)

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