Resumen Cengel Cap 1

La termodinámica se puede definir como la ciencia de la energía. La energía se puede considerar como la capacidad para causar cambios. El término termodinámica proviene de las palabras griegas “therme” calor y “dynamis” fuerza, lo cual corresponde a los primeros esfuerzos por convertir el calor en energía.

Una de las más importantes y fundamentales leyes de la naturaleza es el principio de conservación de la energía. Este expresa que durante una interacción, la energía puede cambiar de una forma a otra pero su cantidad total permanece constante.

La primera ley de la termodinámica es simplemente una expresión del principio de conservación de la energía, y sostiene que la energía es una propiedad termodinámica. La segunda ley de la termodinámica afirma que la energía tiene calidad así como cantidad, y los procesos reales ocurren hacia donde disminuye la calidad de la energía.

Ambas leyes surgieron de forma simultanea a partir del año de 1850, principalmente de los trabajos de Rankine, Clausius y lord Kelvin (antes William Thomson), siendo éste último el primero en introducir el término termodinámica en 1849.

Una sustancia está compuesta por un gran numero de partículas llamadas moléculas, y que las propiedades de dicha sustancia dependen del comportamientos de estas partículas.

Al enfoque macroscópico de la termodinámica se llama termodinámica clásica, y un enfoque mas elaborado, basado en el comportamiento de grupos de grandes partículas individuales, es el de la termodinámica estadística.

Áreas de aplicación de la termodinámica.

En la naturaleza, todas las actividades tienen que ver con cierta interacción entre la energía y la materia; por consiguiente, es difícil imaginar un área que no se relacione de alguna manera con la termodinámica. Podemos verlo hasta en nosotros mismos, con el corazón que bombea sangre a todo el cuerpo, así como el calor corporal que generamos y emitimos al ambiente de forma constante.

Importancia de las dimensiones y unidades

Cualquier cantidad física se caracteriza mediante dimensiones. Las magnitudes asignadas a las dimensiones se llaman unidades. Algunas dimensiones básicas, como la masa, longitud, tiempo y temperatura se seleccionan como dimensiones primarias, mientras que otras como la velocidad, energía y volumen se expresan en términos de las dimensiones primarias y se llaman dimensiones secundarias.

Actualmente existen dos sistemas de unidades: el sistema ingles (USCS) y el SI también llamado sistema internacional. El SI es un sistema lógico basado en una relación decimal entre las distintas unidades.

El SI se basa en seis cantidades fundamentales, cuyas unidades se adoptaron en 1954 en la Décima Conferencia General de Pesos y Medidas.

Algunas unidades SI e inglesas

1 lbm = 0.45459 kg 1 pie = .3048 m

En el SI, la unidad de fuerza es el newton (N), se define como la fuera requerida para acelerar una masa de 1kg a razón de 1 m/s2. Mientras que en el Sistema ingles la unidad de fuerza es la libra-fuerza (lbf) y se define como la fuerza requerida para acelerar una masa de 32.174 lbm (1 slug) a razón de 1 pie/s2.

El peso del volumen unitario de una sustancia se llama peso especifico. El trabajo, que es una forma de energía, se define como fuerza multiplicada por la distancia, por lo tanto, tiene la unidad “newton-metro (n·m)” llamado Joule (J).

1 J = 1 N·m

Una unidad más común para la energía en el SI es el kilojoule (kJ), en el sistema inglés, la unidad de energía es el Btu (British termal unit), que se define como la energía requerida para elevar en 1ºF la temperatura de 1 lbm de agua a 68ºF. En el SI, la cantidad de energía necesaria para elevar 1ºC la temperatura de un gramo de agua a 14.5ºC se dfine como 1 caloría (cal) , y 1 cal =4.1868 J.

La unidad para razón de tiempo de energía es el joule por segundo (J/s) que se conoce como watt (W). En el caso de trabajo la razón de tiempo de energía se llama potencia. Una unidad de potencia comúnmente usada es el caballo de fuerza (hp), que es equivalente a 746 W. La energía eléctrica se expresa en kilowatt-hora (kWh)

Homogeneidad dimensional

Las ecuaciones deben ser dimensionalmente homogéneas. Es decir, cada término de una ecuación debe tener la misma unidad . Si en alguna etapa de un análisis debemos sumar unidades diferentes podemos deducir que estamos en un error en algún paso anterior.

Las unidades pueden causar problemas a la hora de resolver un análisis, sin embargo también se les puede sacar provecho ya que nos sirven para comprobar formulas e incluso se pueden usar para deducir fórmulas.

Una formula que no es dimensionalmente homogénea es totalmente errónea.

Relaciones de conversión de unidades

Todas las unidades no primarias (unidades secundarias) se forman a través de combinaciones de unidades primarias. Por ejemplo las unidades de fuerza

SISTEMAS CERRADOS Y ABIERTOS

Un sistema se define como una cantidad de materia o una región en el espacio elegida para análisis. La masa o región fuera del sistema se denomina alrededores. La superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores se llama frontera, la cual puede ser fija o móvil.

Los sistemas pueden ser abiertos o cerrados, Un sistema cerrado o masa de control consta de una cantidad fija de masa y no permite la entrada ni salida de la misma, pero si permite el paso de energía en forma de calor o trabajo a través de las fronteras. Como un caso especial, si se impide incluso que la energía cruce la frontera, estamos hablando de un sistema aislado.

Un sistema abierto o volumen de control, generalmente encierra un dispositivo que tiene que ver con flujo másico, como un compresor, turbina o tobera. Tanto la masa como la energía pueden cruzar la frontera de este tipo de sistema.

Un gran número de problemas de ingeniería tiene que ver con flujo de masa dentro y fuera de un sistema y, por lo tanto, se modelan como volúmenes de control.

PROPIEDADES DE UN SISTEMA

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