Conceptos Fundamentales De Termodinamica

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA

SISTEMA DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR

ESCUELA POLITÉCNICA

TERMODINÁMICA

INTRODUCCIÓN

La Termodinámica es una rama de la Física y la Química que estudia la transferencia de calor de la materia en los diversos sistemas térmicos, Los objetivos principales son proporcionar un conocimiento y exhibir un amplio abanico de aplicación de las leyes básicas de la Termodinámica y presentar un desarrollo lógico entre las propiedades físicas de interés de las ciencias térmicas.

El Manual del Alumno de Termodinámica consta de siete unidades (Unidad I.- Conceptos Fundamentales. Unidad II.- Conceptos Termodinámicos. Unidad III.- leyes de los Gases. Unidad IV.- Trabajo y Energía. Unidad V.- procesos Termodinámicos. Unidad VI.- Ciclos Termodinámicos. Unidad VII.- principios de Máquinas de Vapor.), las cuales se encuentran concentradas en los siguientes temas: a) Estudio de los gases, características y sus propiedades, b) Procesos y ciclos Termodinámicos, c) Transformación de la energía y sus aplicaciones.

La primera Unidad contiene algunos conceptos físicos generales referidos a las propiedades físicas y parámetros que intervienen en los gases, así como las escalas de presión y de temperatura.

En la segunda unidad se estudian los conceptos termodinámicos enfocados a la calorimetría de los gases, sistemas y sus características, de la misma forma las principales representaciones gráficas de las propiedades de los gases dentro de un sistema de ejes coordenados rectangulares para determinar el comportamiento de los mismos a través de las funciones de punto y de trayectoria.

La tercera unidad está formada por las principales leyes de los gases, las cuales se estudiarán para determinar las fórmulas que intervienen en cada una de ellas, para verificarlas por medio de representaciones gráficas dentro de un sistema bidimensional a través de ejercicios de aplicación.

La cuarta unidad estudia la Primera y Segunda Ley de la Termodinámica por medio de las principales características del trabajo y la energía, a través de la ecuación general y simple de la energía, para determinar la relación que existe entre la Materia y la Energía y así establecer el comportamiento que tienen los diferentes sistemas.

La quinta unidad integra los procesos termodinámicos; Isocòrico, Isotérmico, Isobàrico, Adiabático y Politròpico, los cuales se estudiarán para determinar el comportamiento de los gases por medio de las funciones de punto y de trayectoria a través de ejercicios y problemas de aplicación.

La sexta unidad comprende los ciclos termodinámicos: Otto, Gasolina, diesel Carnot y Ranking, así como las diferentes aplicaciones de los mismos en las distintas máquinas térmicas.

La séptima unidad se hablará de la colorimetría del agua y del funcionamiento y características de algunas máquinas de vapor.

PROPÓSITO GENERAL

El alumno obtendrá las herramientas necesarias para la creación de los conocimientos del comportamiento de los gases, así como las técnicas de transferencia de calor para la producción de energía calorífica, que le permitan aplicarlos en los semestres posteriores en las Unidades de Aprendizaje relacionadas con la Termodinámica.

UNIDAD I.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES (Tiempo asignado 6 hrs.)

INTRODUCCIÓN

En esta unidad se iniciará con la definición de algunos conceptos fundamentales aplicados en la Termodinámica, que servirán para el buen desarrollo y comprensión de las siguientes unidades, tales como: conceptos físicos, propiedades de fluidos, características de las escalas de presión y temperatura.

PROPÓSITO

Que el alumno conozca y comprenda los conceptos: trabajo, potencia, rendimiento, energía, presión y sus escalas temperatura y sus escalas, mol y molécula kilogramo, así mismo que analice y resuelva problemas aplicando las diferentes fórmulas de los conceptos antes mencionados.

CONTENIDOS TEMÁTICOS

1. Presión y sus escalas.

2. Temperatura y sus escalas.

3. Mol y molécula kilogramo

3.- PRESIÓN Y ESCALA DE PRESIÓN

 La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocidas que puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

ESCALAS DE PRESIÓN

 Presión Absoluta

 Presión Atmosférica o Barométrica

 Presión Relativa o Manométrica

Presión Absoluta = Presión Atmosférica + Presión Relativa

Presión Absoluta = Presión Barométrica + Presión Manométrica

PRESIÓN ABSOLUTA.- Es la presión de un fluido con la referencia al un vacío perfecto o cero absoluto

PRESIÓN ATMOSFÉRICA.- El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), ,disminuyendo estos valores con la altitud.

PRESIÓN MANOMÉTRICA .- Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro

TIPOS DE MEDIDORES DE PRESIÓN

 Los instrumentos para medición de presión pueden ser indicadores, registradores, transmisores y controladores, y pueden clasificarse de acuerdo a lo siguiente:

 Tipo de Manómetro Rango de Operación de Ionización 0.0001 a 1 x 10-3 mmHg ABSM. de Termopar 1 x 10-3 a 0.05 mmHgM. de Resistencia1 x 10-3 a 1 mmHgM. Mc. Clau1 x 10-4 a 10 mmHgM. de Campana Invertida 0 a 7.6 mmH2OM. de Fuelle Abierto13 a 230 cmH2OM. de Cápsula 2.5 a 250 mmH2OM. de Campana de Mercurio (LEDOUX) 0 a 5 mts H2OM. "U"0 a 2 Kg/cm2M. de Fuelle Cerrado 0 a 3 Kg/cm2M. de Espiral 0 a 300 Kg/cm2M. de Bourdon tipo "C"0 a 1,500 Kg/cm2M. Medidor de esfuerzos (stren geigs)7 a 3,500 Kg/cm2M. Helicoidal 0 a 10,000 Kg/cm2

UNIDADES DE PRESIÓN

 La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como pascal, bar, atmosferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi (libras por pulgada cuadrada). En él Sistema Internacional (S.I.) esta normalizada en pascal de acuerdo con las Conferencias Generales de Pesas y Medidas que tuvieron lugar en Paris en octubre de 1967 y 1971, y según la Recomendación Internacional número 17, ratificada en la III Conferencia General de la Organización Internacional de Metrologia Legal. El pascal es 1 newton por metro cuadrado (1 N/m²), siendo el newton la fuerza que aplicada a un cuerpo

4.- TEMPERATURA Y ESCALAS DE TEMPERATURA

TEMPERATURA.- Es la propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico. El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produzca la fusión o ebullición

En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del más caliente al más frío hasta que sus temperaturas sean idénticas y se alcance el equilibrio térmico. Por tanto, la temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas.

ESCALAS DE TEMPERATURA

En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas están la escala Celsius, la escala Fahrenheit, la escala Kelvin y la escala Rankine

En la escala Celsius, el punto de congelación del agua equivale a 0 °C y su punto de ebullición a 100 °C.

En la escala Fahrenheit el punto de congelación del agua se define como 32 °F y su punto de ebullición como 212

...