Manual De Maquinas Termicas

Maquinas térmicas

Materia: Es toda aquello que tiene localización espacial, posee una cierta cantidad de energía y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medición.

Fuerza: Es la magnitud vectorial que mide la intensidad.

Sustancias puras: Son aquellas que tienen unas características específicas que las identifican unas de otras.

Diagrama de fases: Son representaciones de las fases que se están presentes en un sistema de materiales a varias temperaturas.

Potencia: Es la cantidad de trabajo realizado durante un tiempo.

Presión: Es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza.

Volumen: Es una magnitud escalar definida como la existencia en tres dimensiones de una región del espacio.

Calor: Es la forma definida de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos.

Sistema abierto: Es un sistema físico que interactúa con otros gases químicos.

Sistema cerrado: Es un sistema físico que no interactúa con otros agentes físicos.

Psi: presión atmosférica.

Psig: presión manométrica.

Psig: presión absoluta.

Se sugiere que la materia y la energía son la misma y que la masa puede ser convertida en energía y que la energía puede ser convertida en masa.

La cantidad total de energía que contiene un sistema no puede medirse.- estamos acostumbrados a medir la energía por encima de alguna referencia arbitrario.

Ciertas formas de energía se miden con respecto a algún llamado dato o estado de referencia.

La energía es una cantidad escalar no vectorial porque solo tiene magnitud y sentido. La energía de un sistema de cuerpos es simplemente la suma de las energías de cada cuerpo.

Temperatura. Es la propiedad termodinámica que posee un sistema y que mide su capacidad para admitir o aceptar energía calorífica por conducción o radicación. La temperatura es un parámetro que mide la energía cinética interna de las moléculas.

Para medir la temperatura nos valemos del cambio que experimenta alguna propiedad física de una sustancia al variar su temperatura.

También se define como una medida del estado térmico o de calor de un cuerpo (Estado de movimiento o de agitación de las moléculas).

Existen varias escalas arbitrarias para medir la temperatura:

Escala Celsius (ºC):

Es la centésima parte de intervalo entre el punto de fusión del hielo al punto de ebullición de agua destilada a una presión de 760 mmHg.

Presión manométrica:

Considera solo la presión del cuerpo al que se le está efectuando la medición, sin tomar en cuenta la presión atmosférica al nivel del mar.

PRINCIPIOS Y LEYES DE TERMODINAMICA

Se sugiere que la materia y la energía son la misma y que la masa puede ser producida en energía y la energía puede ser producida en masa.

La cantidad total de energía que contiene en un sistema no puede medirse. Estamos acostumbrados a medir la energía por encima de una referencia arbitraria.

Ciertas formas de energía se miden con respecto a algún llamado dato o estado de referencia. La energía es una cantidad escalar no vectorial, porque solo tiene magnitud y sentido. La energía de un sistema de cuerpos es simplemente la suma de las energías de cada cuerpo.

TEMPERATURA

Es la propiedad termodinámica que posee un sistema y que mide su capacidad para admitir o aceptar energía calorífica por conducción o radiación, la temperatura es un parámetro que mide la energía cinética interna de las moléculas.

Para medir la temperatura nos valemos del cambio que experimenta alguna propiedad alguna al variar su temperatura. También se define como una medida del estado térmico o de calor de un cuerpo (estado de movimiento o de agitación de la molécula).

CALOR

En termodinámica se identifica con “Q” y se define como energía en la transición que se transmite de un cuerpo a otro o de un sistema a otro sistema, debido a un diferencia de temperatura entre los cuerpos o sistemas.

El calor fluye de un cuerpo caliente a un cuerpo frio.

El calor es matemáticamente una función de trayectoria y su valor depende de la forma en que se lleva a cabo la transferencia o transmisión de energía.

Se considera positivo al calor que fluye o sale del sistema.

CALOR SENSIBLE

Es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de una substancia sin cambiar su estado físico.

CALOR LATENTE

Es la cantidad de calor necesaria para cambiar de estado de una substancia sin aumentar la temperatura.

NOTA: La energía calorífica no puede ser destruida.

PRINCIPIO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR

Conducción: Es el proceso de transferir el calor a través de un solido.

Convección: Es el proceso de transferir el calor como resultado del movimiento de un fluido.

Radiación: Es el proceso de transferir el calor por ondas electromagnéticas por la diferencia de temperatura entre dos objetos.

CALOR Y TRANSMISION DE CALOR

En termodinámica el calor se simboliza con “Q” y se define como energía en transición.

Calor sensible T

Q = m . Ce (t f – t i).

Q = Cantidad de calor entregada o recibida (Kcal).

M = Masa del cuerpo (Kg).

Ce = Calor especifico de la sustancia (Kcal / Kg ºC).

Ti = Temperatura inicial (ºC).

Tf = Temperatura final (ºC).

Calor latente

Q = m . (V).

(V) = Calor latente de vaporización (Kcal/Kg).

EJEMPLOS

1.-Calentar 1Kg de agua de 10 a 100°C. Que cantidad de calor sensible se ha de agregar?

Q= 1Kg (1Kcal/Kg°C)(100°C-10°C)

Q=90Kcal.

2.- Cuantas calorías de calor son necesarias para aumentar la temperatura de 3 Kg de aluminio de 20° a 50°C

Q= 3000g(0.215cal/g°C)

Q= 19350 cal.

3.- La temperatura de una barra de plata aumenta 10°C cuando absorbe 1.23 Kj de calor. La masa de la barra es de 525gr, determine el calor específico.

Ce= Q/ m.ΔT= 1.23Kj/.525Kg(10°C)= .234Kj/Kg°C

4.- Si 100gr de agua a 100°C se vierten dentro de una taza de aluminio de 20gr que cotiene 50gr de agua a 20°C ¿Cuál es la temperatura de equilibrio del sistema?

m1= 100g Ca=1cal/g°C ( calor especifico del agua)

m2= 50g Cal= 0.215 cal/g°C (calor especifico del aluminio)

m3= 20g Tf=? (equilibrio)

m1Ca(100°C-Tf)=m2Ca(Tf-20°C)+m3cal(Tf-20°C)

m1Ca(100°C-Tf)= m2Ca(Tf-20°C+m3CalTf-m3Cal20°C

m1Ca100°C+m2Ca20°C+m3Cal20°C=m1CaTf+m3CalTf+m2CaTf

m1Ca100°C+m2Ca20°C+m3Cal20°C

Tf= ________________________________

m1Ca+m2Ca+m3Ca

Tf= 100gr(1Ca/g°C)(100°C)+(50gr)(1Cal/g°C)(20°C)(20gr)(0.215Cal/g°C)(20°C)

___________________________________________________________

100gr(1cal/g°C)+(50gr)(1cal/g°C)+20gr(0.215cal/g°C)

Tf=11086Cal

_________

154.3 Cal/°C

Tf= 71.84 °C

5.- Cual es la temperatura de equilibrio final cundo 10ghr de leche a 10°C se agregan a 160 gr de café a 90°C suponga que las capacidades caloríficas de los 2 líquidos son las mismas que la del agua e ignore la capacidad calorífica del recipiente.

Tf=?

m1= 10gr 10°C

m2= 160 gr 90°C

Ca= 1cal/ g°C

m1Ca(10°C-Tf)+m2Ca(Tf-90°C)

m1Ca10°C(-m1CaTf+m2Ca90°C)

m1Ca10°C(+m2Ca90°)= m1CaTf+m2CaTf

m1Ca10°C+m2Ca90°C

____________________ =Tf

m1Ca+m2Ca

(10gr)(1Cal/g°c)(10°C)+(160gr)(1cal/g°C)(90°C)

_______________________________________

(18gr)(1cal/g°c)+(160gr)(1cal/g°C)

100°C+14400°C

_____________ = 85.29 °C

10+160

LEY DE LOS GASES IDEALES Y REALES

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado de gas ideal, un gas hipotético, sin atracción y repulsión entre sus partículas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). La energía cinética es directamente proporcional a la temperatura en un gas ideal.

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

PV=n RT

P= Presión absoluta (atm)

V= Volumen (lts)

n: moles de gas

R: Constante universal de los gases ideales

T: Temperatura absoluta

El número de “n” de moles de átomos (o de moléculas si se trata de un compuesto) presentes en una cantidad de sustancia de “m”, es:

n= m/M

M: Masa atómica.

LEY DE LOS GASES REALES

Haciendo una corrección de la ecuación de estado de u gas ideal, es decir tomando en cuenta las fuerzas intermoleculares y volúmenes intermoleculares finitos, se obtiene la ecuación para gases reales llamada también ecuación de VAN DER WAALS.

P+a(n)2

______ (V-nb)= nRT

V2

P: presión del gas

V:Volumen

n: numero de moles de gas

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