Act 2 Termodinamica

INTRODUCCIÓN

Como su nombre lo indica, la Termodinámica se propone estudiar la energía y sus transformaciones, particularmente la transformación del calor en trabajo; La energía es un recurso cuyo costo se ha elevado en los últimos años, debido por una parte a la creciente demanda en todo el mundo y particularmente en los países de mayor desarrollo, y por otra a que la fuente principal siguen siendo los combustibles fósiles.

Todos estos temas conllevan a que para el ingeniero resulte importante el estudio de esta materia como herramienta conceptual para diseño, control y optimización de procesos.

Lección 1. SISTEMAS

Un sistema termodinámico es cualquier región o porción de materia que se quiera estudiar o analizar desde el punto de vista energético. Un sistema se encuentra separado por los alrededores por Paredes, fronteras o limites que permiten o no el intercambio de materia o energía.

Para el tema existen tres clases de sistemas: Sistemas Abiertos, Sistemas Cerrados y Sistemas Aislados.

• Las paredes de un sistema abierto tiene la característica de ser permeables, diatérmicas y móviles.

• Las paredes de un sistema cerrado son impermeables, diatérmicas y móviles.

• Las paredes de un sistema aislado son impermeables, adiabáticas y rígidas.

Lección 2. Ley Cero de la Termodinámica

Establece que si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercero, los dos se encontraran en equilibrio térmico entre si; entonces la propiedad común a todos los sistemas que se encuentren en equilibrio térmico es la temperatura.

La medición de la temperatura se realiza con un termómetro y el mas conocido es el de mercurio formado por un capilar de vidrio unido por un extremo a una ampolla llena de mercurio y sellado por el otro para mantener vació parcial al interior de el.

Además de la propiedad termométrica también es preciso establecer unas escalas apropiadas. Las escalas Celsius y Fahrenheit son escalas de temperatura relativa entre dos estados de referencia que son el punto de fusión y de ebullición del agua a la presión de una atmósfera.

En trabajos de ingeniería se utilizan 2 escalas más además de estas, Kelvin y Ranking. Las diferencias de temperaturas en grados Celsius y kelvin son idénticas, pero si se toma un determinado valor en la escala Kelvin será igual a los grados Celsius más 273.15.

Ecuación

Lección 3. Calor

El Calor es una forma particular de energía en transición que se identifica solo cuando cruza las paredes del sistema que se encuentra a temperatura diferente de otro sistema o alrededores. Para determinar el calor en un proceso es necesario establecer la forma como se realiza su transferencia, es decir, el tipo de proceso. Se puede expresar con la letra Q.

Las unidades utilizadas para el calor entre otras son: La Caloria, La Kilocaloría, el Julio (J), el kilojulio (kJ) y el BTU.

Existen tres formas de transmisión de calor: conducción, conveccion y radiación.

La cantidad de calor emitida por materiales reales a igual temperatura es menor en un determinado factor y se puede calcular mediante:

Ecuación

Lección 4. Ecuación de Estado

La ecuación de estado de Gas Ideal se denomina así porque todo gas cuyas propiedades cumplan con esta relación se considera que tiene un comportamiento ideal. En general la presión atmosférica y temperaturas iguales o superiores a la del medio ambiente, tienen un comportamiento ideal.

PV = n R T Ecuación

Donde:

P = Presión

V = Volumen

N = Numero de Moles

R = Constante Universal de los Gases

T = Temperatura

Cualquiera de las formas de la ecuación de estado de gas ideal son suficientes dos propiedades intensivas para definir el estado del gas ya que la tercera quedaría determinada por la relación que se establece entre ellas.

Lección 5. Ecuación de Estado (Continuación)

Esta es una ecuación mucho más exacta y aplicable en mayor rango de presión y temperaturas.

Ecuación

Lección 6. Trabajo

El trabajo es una forma particular de energía que corresponde al producto de dos magnitudes vectoriales: la fuerza y el desplazamiento realizado en la misma dirección de la fuerza. Para calcular el trabajo en los diferentes procesos termodinámicos se requiere conocer primero el tipo de proceso y su trayectoria.

El trabajo es una función de trayectoria, el sistema realiza trabajo o se realiza trabajo sobre el sistema. La dirección del trabajo se especifica mediante un signo.

Ecuación 41

Lección 7. Diagramas termodinámicos

Son representaciones en coordenadas cartesianas de las propiedades de un sistema durante el transcurso de un proceso. Se utilizan para visualizar, predecir o analizar los cambios producidos en la medida en que ocurren diferentes procesos termodinámicos.

Las propiedades que se representan con mayor frecuencia son presión (P), volumen (V) y temperatura (T).

Ecuación

Lección 8. Diagramas termodinámicos

En el equilibrio cada fase tiene su propio volumen específico, definido por la relación entre el

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