La termodinámica es un área primordial de la Química

CONTENIDO

Página

INTRODUCCIÓN 3

1. OBJETIVOS 4

1.1 Objetivo General 4

1.2 Objetivos Específicos 4

2. Resumen de los conceptos principales 5

3. Resumen de ecuaciones

CONCLUSIONES 11

BIBLIOGRAFÍA 12

INTRODUCCIÓN

La termodinámica es un área primordial de la Química, que se enfoca en el estudio macroscópico de la naturaleza en equilibrio. Se entiende que el estudio termodinámico de un proceso quimicofísico que suele abarcar integrar matemática muy rigurosa, donde la ramificación de todas las ecuaciones tiene una importancia fundamental

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Comprender y entender los conceptos básicos y fundamentos necesarios para la comprensión en el proceso de saberes durante el periodo electivo actual

1.2 Objetivos Específicos

 Elaborar un resumen acerca de los conceptos principales del curso de termodinámica, teniendo en cuenta la estructura del curso en lecciones, capítulos y unidades.

 Elaborar un resumen de ecuaciones estructurada por lección, capítulo y unidad. Por cada lección debe haber una ecuación (la que considere como más importante o representativa). De esta manera se tienen en total 30 ecuaciones.

Unidad 1

Esta unidad comprende conceptos y términos importantes para el mayor entendimiento del área de Termodinámica, de esta forma se lograra llegar a realizar análisis con el manejo de la energía.

CAPITULO 1: LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

Es el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura, en esta ley se define a la temperatura como una propiedad termodinámica. Para cualquier ingeniero es importante el estudio de la termodinámica ya que esta le da las herramientas conceptuales necesarias para el análisis de las condiciones energéticas.

- Lección 1: Sistemas

Sistema termodinámico:

Es una parte de materia que se quiere analizar desde el punto vista enérgico, pueden ser tan grandes como un planeta o tan pequeño como una molécula. La envoltura imaginaria que encierra un sistema y lo separa del entorno se llama frontera del sistema y puede pensarse que tiene propiedades especiales que sirven para: aislar el sistema de su entorno o para permitir la interacción de un modo específico entre el sistema y su ambiente.

Encontramos sistemas abiertos, errados, aislados

- Lección 2: Ley cero de la Termodinámica

Establece que si se realiza trabajo sobre un sistema, la energía interna del sistema variará. Además que para medir la temperatura debemos disponer de una propiedad termométrica. Pero también es preciso establecer una escala apropiada como las Celsius ó Fahrenheit.

- Lección 3: Calor

Fenómeno físico que eleva la temperatura y dilata, funde, volatiliza o descompone un cuerpo. El calor de un cuerpo

es la suma de la energía cinética de todas sus moléculas. El calor no es una propiedad termodinámica, primero se debe establecer la forma como se realiza la transferencia.

q= Q/m

- Lección 4: Ecuación de Estado

Concierne al entorno de equilibrio en términos de la presión, la temperatura y la densidad. La ecuación de estado es particular de cada sustancia y para los líquidos no se ubica de una expresión en términos generales que describa esa relación.

P = presión V = volumen

n = número de moles = volumen molar V

T = temperatura v = volumen especifico

M = masa molecular R = constante universal de los gases

- Lección 5: Ecuación de estado (Continuación)

En esta lección hallamos la descripción de las siguientes ecuaciones:

• Ecuación de Redlich- Kwong

• Ecuación de Redlich - Kwong – Soave

• Ecuaciones de estado de virial

CAPITULO 2: TRABAJO

Gracias a las argumentaciones de físicos como Joule y Thomsom se logro tener una idea más precisa de los diferentes tipos de energía. Lo que se verá a lo largo de este capítulo.

- Lección 6: Trabajo

Es una fuerza particular de energía que corresponde a una magnitud escalar definida como el producto punto de dos magnitudes vectoriales: la fuerza y el desplazamiento realizado en la misma dirección de la fuerza. Para poder calcular el trabajo es necesario conocer cómo cambia la presión en función del volumen, si no es así, se tendría un problema indeterminado, esto significa que para poder determinar el trabajo se requiere conocer primero el tipo de proceso y su trayectoria.

El trabajo también se da en procesos isobáricos y esto se calcula mediante la integración de la ecuación pertinente que considera que la presión permanece constante.

En procesos isotérmicos se debe conocer cómo cambia la presión al variar el volumen, se debe conocer la presión en función del volumen.

- Lección 7: Diagramas termodinámicos

Se utilizan para visualizar, predecir o analizar los cambios producidos en la medida en que ocurren diferentes procesos termodinámicos.

Los diagramas pueden ser planos o tridimensionales y las propiedades que se representan con mayor frecuencia son presión (P), volumen (V) y temperatura (T).

Aquí también encontramos que para el estudio de los diversos procesos termodinámicos se clasifican en reversibles y irreversibles.

- Lección 8: Diagramas termodinámicos (continuación)

El estudio del equilibrio entre fases es el volumen específico, definido por la relación entre el volumen y la masa de una sustancia pura en cada fase.

En esta lección encontramos el estudio de los diagramas: Pv, Pt, Tv, PvT,

- Lección 9: Propiedades termodinámicas

Encontramos las propiedades intensivas y extensivas, además estas propiedades que definen su estado energético. Estas propiedades se clasifican en intensivas si no dependen de la masa del sistema y extensivas si dependen de la masa o “extensión” del sistema. Así la presión y la temperatura son propiedades intensivas, mientras que el volumen, el número de moles o la masa son extensivas.

- Lección 10: Capacidad calorífica

Es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1K la temperatura de una sustancia. La Capacidad Calorífica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como un efecto de Inercia Térmica.

CAPITULO 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

Permite establecer una relación entre el calor y el trabajo y definir una importante propiedad termodinámica como es la energía, si se calcula el trabajo neto producido y se compara con el calor neto transferido se podrá comprobar que estas cantidades son iguales.

- Lección 11: Primera ley de la termodinámica

Las integrales cíclicas representan la sumatoria de todas las cantidades de calor o trabajo involucrados en la secuencia de procesos intermedios que conforman el proceso cíclico. Recuerde que el símbolo especial utilizado para expresar la diferencial de calor o de trabajo se debe a que son diferenciales inexactas como se ha estudiado en las unidades anteriores.

- Lección 12: Entalpia

Propiedad extensiva, su magnitud depende de la cantidad de materia presente. Se mide sólo el cambio. La entalpía sir ve para medir el calor liberado o absorbido en una reacción.

- Lección 13: Primera ley y reacciones químicas

implica la transformación de las sustancias denominadas reactantes en otras de naturaleza completamente distinta que se conocen como productos, durante la reacción se presentan cambios energéticos que si el sistema reactante se encuentra aislado térmicamente se manifiestan en un aumento o descenso de la temperatura

- Lección 14: Ley de Hess

Cuando los reactivos se cambian en productos el intercambio de entalpía es el mismo libremente de que el proceso se ejecute en uno o varios pasos. Por lo tanto el cambio de entalpía global es equivalente a la suma de los cambios de H individuales. La regla habitual al aplicar la ley de Hess es que deberían acomodar la serie de ecuaciones químicas oportunas a la serie de reacciones o de etapas individuales de tal manera que al sumarlas se anulan todas las especies intermedios excepto los reactivos y productos que aparecen en la reacción global. Para lograrlo es necesario a menudo multiplicar una o varias de las ecuaciones químicas por los coeficientes adecuadas

- Lección 15: Calor integral de disolución

Los calores completos de disolución habitualmente se hallan por métodos calorimétricos midiendo en primer lugar el efecto térmico producido al disolverse el soluto en una establecida cantidad de solvente para formar una solución relativamente concentrada; luego se mide el calor de disolución involucrado al adicionar más solvente a la solución concentrada, y así hasta que una sucesiva adición no cause ningún efecto térmico.

UNIDAD DOS

La primera ley de la termodinámica es la ley de conservación de la energía difundida para incluir el calor como una forma de intercambio de energía.

Esta ley sólo asevera que un aumento en unas de las formas de energía debe estar ligado por una disminución en alguna otra forma de la misma. La primera ley no produce ninguna restricción sobre los tipos de conversiones de energía que pueden ocurrir. Además no hace distinción entre el trabajo y el calor.

CAPITULO 4: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

- Lección 16: Aplicación de la primera ley en gases ideales

Joule diseñó un experimento muy sencillo que buscaba relacionar los cambios de presión con la temperatura. El procedimiento es como sigue, el sistema termodinámico tiene dos compartimientos A y B con paredes diatérmicas, separados por una llave C. En el compartimiento A se encuentra un gas a una presión dada y en el B se ha hecho vacío; este es el estado inicial del sistema. En este momento se gira la llave C permitiendo que el gas pase a B, se observa la temperatura del termómetro T y se determina su variación. Como el gas se expande libremente en el vacío, su trabajo de expansión es igual a cero, W = 0. Como la temperatura final e inicial es la misma no hay variación en la energía interna, esta permanece constante.

- Lección 17: Segunda ley de la termodinámica

La eficiencia de cualquier proceso se expresa por la relación entre el producto obtenido y los recursos invertidos en el proceso. Este concepto puede determinar la eficiencia de una máquina térmica. El producto de la máquina es el trabajo que realiza durante un ciclo y el recurso necesario es el calor procedente de la fuente de alta temperatura

- Lección 18: Segunda ley de la termodinámica (Continuación)

La refrigeración es un método de conservación muy utilizado y de ahí la importancia en comprender el proceso global del mismo y los flujos e intercambios de energía. este proceso termodinámico se deduce un principio o enunciado que constituye uno de los aspectos que implica la segunda ley de la termodinámica. El ciclo inverso de Carnot solo tiene importancia teórica ya que en la práctica es difícil realizar tales procesos pero su coeficiente de operación sirve como referencia para comparar el rendimiento de otros ciclos.

- Lección 19: Entropía

Es la propiedad termodinámica que se encuentra asociada al estado de aleatoriedad de las partículas de un sistema, por ejemplo los gases tienen una entropía mayor que la los líquidos y éstos a su vez una entropía mayor que la los sólidos, ya que en los gases las moléculas se mueven libremente chocando unas con otras y con las paredes del recipiente que las contienen, siguiendo trayectorias al azar; en los líquidos, el movimiento es más restringido, se presentan deslizamientos de unas capas de moléculas sobre otras debido a las asociaciones intermoleculares características de este estado; en los sólidos no se presentan desplazamiento de las moléculas, ya que se encuentran fuertemente unidas unas con otra y solamente se presentan movimientos de vibración o rotación.

- Lección 20: Entropía (continuación)

Para calcular la variación de entropía del universo se debe considerar el ΔS para el foco térmico. Mientras que el sistema ganó calor, el foco térmico debió perderlo exactamente en la misma cantidad para cumplir con la primera ley de la termodinámica.

CAPITULO 5: CICLOS TERMODINAMICOS

Es necesario precisar que todo proceso de refrigeración implica que exista un sistema que retire calor de una región de baja temperatura y lo lleve a otra de mayor temperatura.

- Lección 21: La máquina de vapor. Ciclo de Rankine

Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica el Ciclo de Rankine: primer ciclo cerrado, incluye condensador, pero no incluye sobrecalentamiento de vapor.

- Lección 22: Motores de cuatro tiempos. Ciclo de Otto

El motor de cuatro tiempos fue desarrollado por N.A. Otto, un ingeniero alemán, que en el último tercio del siglo pasado construyó la primera máquina con este tipo de motor. Debido al éxito alcanzado, el ciclo termodinámico que describe su proceso se conoce con el nombre de ciclo de Otto. Los componentes del motor, también llamado de explosión, son un cilindro provisto de un pistón o émbolo; una válvula de admisión que permite el paso de la mezcla formada por gasolina más aire, procedente del carburador; un electrodo o bujía para el encendido de la mezcla y una válvula de escape, por donde los gases, producto de la combustión, pueden escapar al exterior.

- Lección 23: Motores de ignición por compresión. Ciclo Diesel

El motor diesel es un motor térmico de combustión interna alternativo en el cual el encendido del combustible se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro, según el principio del ciclo del diesel. También llamado motor de combustión interna, a diferencia del motor de explosión interna comúnmente conocido como motor de gasolina.

- Lección 24: Ciclo de Brayton

Los motores de las turbinas de gas utilizadas en plantas generadoras de corriente eléctrica o en la propulsión de aeronaves funcionan mediante el ciclo de Brayton, el cual como en los ciclos estudiados anteriormente, también consta de cuatro etapas internamente reversibles:

1. Compresión adiabática de 1 a 2

2. Adición de calor a presión constante de 2 a 3

3. Expansión adiabática de 3 a 4

4. Liberación de calor a presión constante de 4 a 1

- Lección 25: Máquinas frigoríficas

La máquina refrigerante o frigorífica utiliza una fuente de energía externa, generalmente corriente eléctrica como en el caso de una nevera o refrigerador común, para quitar calor de una fuente fría (enfriar) y dárselo a una fuente caliente. En la vida real la fuente fría tiene una temperatura inferior a la del medio ambiente (interior de la nevera) y la fuente caliente es el aire que rodea la máquina y que sirve como disipador de calor.

CAPÍTULO 6: APLICACIONES DE LA TERMODINÁMICA

- Lección 26: Análisis dimensional

La proyección empírica es primordial en la investigación científica. A la misma puede intervenir el conocimiento del Análisis Dimensional. Esta herramienta sencilla, pero que impregna toda la Física, se basa en los conceptos de medida de una magnitud física y de las dimensiones asociadas con ella, una vez fijada una base de magnitudes fundamentales para una determinada teoría física.

- Lección 27: Aplicación de las leyes de la termodinámica a procesos de flujo continuo

Un volumen de control es un volumen en el espacio el cual nos interesa para un análisis y que su tamaño y forma son totalmente arbitrarios y están delimitados de la manera que mejor convenga para el análisis por efectuar.

También que se llama superficie de control a la que rodea al volumen de control, que puede quedar fija, moverse o expandirse, además de ser siempre una superficie cerrada. Sin embargo, la superficie debe ser definida en relación con un sistema coordenado y, para algunos análisis, a veces es conveniente considerar el sistema coordenado girando o en movimiento y describir la superficie de control relativa al sistema.

- Lección 28: Aplicaciones de la termodinámica a procesos de flujo estable

En un volumen de control con flujo estable, la masa se mantiene constante con el tiempo, de tal manera que la cantidad de materia que entra al sistema en un intervalo de tiempo dado, debe ser igual a la cantidad de materia que sale del sistema. El volumen de control puede tener una o varias secciones de entrada y así mismo una o varias secciones de salida

CONCLUSIONES

Se tiene una visión mas clara de la termodinámica y de los procesos que conciernen a este, entendemos que si se estudia un sistema particular la energía se asume para ese sistema.

Comprendí y puedo discutir sobre la primera y segunda ley de la termodinámica además de los enfoques que estos presentan

BIBLIOGRAFÍA

Universidad Nacional Abierta y a Distancia, edición (2009), Modulo de termodinámica, Unidad uno y dos. Director Nacional RUBEN DARIO MUNERA

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