CAPITULO II PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

...

II.2.2.1 ENTALPIA

Esta propiedad en los sistemas termodinámicos la definiremos como "La energía interna total que tiene un sistema". Anteriormente se había analizado que un sistema posee Energía debido a su movimiento molecular, atómico y eléctrico y se denominó Energía Interna (U). Sin embargo, si analizamos el producto de la presión y el volumen, esto es, PV, se podrá observar que tienen unidades de energía, o sea, que el espacio ocupado por el sistema así como la presión, definen un tipo de energía que se manifiesta cuando se da un flujo de materia. A este tipo de energía se le denominará como "trabajo de Flujo" o sea:

[pic 10]

Por lo tanto la entalpia quedará como:

[pic 11]

o bien por unidad de masa

[pic 12]

a la cual se le denominará como entalpia específica.

Ahora bien si se tiene un sistema termodinámico abierto como el de la figura.

[pic 13]

Se observará como que la sustancia modificará sus propiedades entre la entrada y la salida o bien entre el estado 1 y el 2 debido a la interacción energética que tiene el sistema a través de sus límites. para este tipo de sistema, se podrá expresar la primera ley de la termodinámica como:

"La energía en forma de calor o trabajo que entra o sale de un sistema termodinámico abierto, no se crea ni se destruye sólo se manifiesta en un cambio de la energía cinética, potencial o interna en la substancia de trabajo entre la entrada y la salida del sistema".

O bien, expresada matemáticamente:

[pic 14]

Desglosando la expresión:

[pic 15]

Aprovechando las expresiones deducidas anteriormente para cada tipo de energía.

[pic 16]

Recordando que, h = u + Pv entonces:

[pic 17]

O bien definiendo la cantidad de energía por cada unidad de materia que pasa a través del sistema.

[pic 18]

Se tendrá:

[pic 19]

11.4 LEY DE LA CONSERVACION DE LA MATERIA

En base a los principios establecidos en la Mecánica Clásica se establece que:

La materia no se crea ni se destruye, solo se traslada.

Se indica que la Ley de la Conservación de la Materia se basa en la Mecánica Clásica puesto que, lo establecido en la Mecánica Moderna se indica que es factible convertir materia en energía, pero para que esto sea posible, es necesario que el movimiento de la materia sea mayor a la velocidad de la luz. Los procesos de intercambio de energía y materia en las condiciones anteriores son estudiados dentro del ámbito de la Física Nuclear, saliéndose entonces, del campo de la Termodinámica.

Como cualquier proceso de transferencia de energía estudiado en Termodinámica involucra movimientos muy alejados a la velocidad de la luz, se tendrá como cierto que la materia solo tiene posibilidad de moverse.

11.4.1 ECUACION DE CONTINUIDAD

Para obtener un modelo matemático que represente el flujo de materia a través de los límites de un Sistema Termodinámico, se considerará un elemento diferencial de materia a la salida de dicho sistema, tal como se muestra en la figura siguiente:

[pic 20]

Como [pic 21], que representa el movimiento de la materia en un intervalo de tiempo, se puede desagregar como sigue:

[pic 22]

Por lo que [pic 23]

En la anterior ecuación se considera que la densidad se mantiene constante durante la diferencial de distancia y que el área no cambia con el tiempo. y que dx/dt representa la velocidad media que tiene una partícula en el recorrido dx, se tendrá:

[pic 24]

11.4.1 SISTEMA EN FLUJO ESTABLE

Un sistema termodinámico abierto que no cambia su cantidad de materia con respecto al tiempo, esto es que la cantidad de materia que entra al sistema es la misma que sale, se dice que opera en flujo estable.

11.4.2 ECUACION DE CONTINUIDAD

La ecuación de continuidad parte del principio que el sistema funciona en condiciones de flujo estable, esto es, que el flujo de materia en cualquier punto de su trayectoria a través del sistema es el mismo, esto es:

[pic 25]

Sustituyendo la ecuación que determina el flujo de materia:

[pic 26]

A esta ecuación se le conoce como Ecuación de Continuidad

Ahora si se tiene un fluido que no modifique su densidad a través de todo el recorrido que realiza este por el sistema, se tendrá entonces:

[pic 27]

A lo cual se le denomina Gasto (G) o Flujo Volumétrico.

...