Termodinamica

1.1.- TERMODINAMICA

Marco Teórico

La ciencia de la Termodinámica nació en el siglo diecinueve como una necesidad de describir el funcionamiento de las máquinas de vapor y de establecer límites a lo que éstas podían hacer. Es así como el nombre mismo significa potencia generada por el calor y sus aplicaciones iniciales fueron las maquinas térmicas, de las cuales la máquina de vapor es un ejemplo. Sin embargo, los principios observados se contemplan como postulados, ahora como la primera y segunda ley de la termodinámica. A través de una deducción matemática, estas leyes conducen a un conjunto de ecuaciones que encuentran aplicación en todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.

Surge en el Siglo XVIII como parte de la física. Es la ciencia que trata sobre las transformaciones de la energía y las relaciones entre las propiedades de los sistemas. La Termodinámica depende totalmente de la observación y de las medicines experimentales

Sistema: Porción identificable de materia.

Sistema Cerrado: No hay flujo de masa a través de la frontera, este tipo de sistema puede tener transferencia de energía.

Sistema Abierto: En este tipo de sistema existe el flujo de masa y energía a través de la frontera

Modelo Termodinámico para el motor de gasolina

Pérdida de Calor

Sugiera un modelo apropiado para las siguientes operaciones como problema de sistema cerrado o sistema abierto identificando de igual manera las fronteras y alrededores de estos sistemas

Bombeo de agua de un tanque a nivel de piso a un tanque elevado

Generación de vapor de agua a través de una caldera

Compresor

Sistema de refrigeración

1.2- MAGNITUD UNIDAD DE MEDIDA

Marco Teórico

Las Dimensiones Fundamentales son primitivas reconocidas mediante nuestras percepciones sensoriales y no definibles en términos de algo más simple. Su uso, sin embargo, requiere de la definición de escalas de mediciones arbitrarias, divididas en unidades de tamaño específico. Las unidades primarias están dadas por un acuerdo internacional y aparecen codificadas en el Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, Systeme International)

Magnitudes Fundamentales Sistema Internacional

Masa = gr

Longitud = m

Tiempo = seg

Intensidad de Corriente = A

Temperatura = °K

Intensidad Luminosa = Cd

Cantidad de Matera = Mol

Propiedad: Es una característica observable y medible

1.3.- PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIA

Marco Teórico

En el Sistema Internacional de Unidades, la fuerza se define mediante la ley de Newton Existen otras cantidades adicionales que encuentran uso frecuente en las aplicaciones de la termodinámica. Algunas, como el volumen, son tan comunes que casi no tienen definición. El Volumen es una cantidad que representa el producto de tres longitudes. El volumen de una sustancia, al igual que su masa, depende de la cantidad de la materia considerada. Por otra parte, el volumen especifico molar o V, esta definido como el volumen por unidad de masa o por mol, y por tanto es independiente de la cantidad total de la materia considerada.

Longitud.- Fundamental

Masa.- Fundamental

Volumen.- Derivada

Factores Unitarios de Longitud.- metro, micrómetro, nanómetro, pulgada, pie, angstrom.

Factores Unitarios de masa.- kg, tonelada, miligramo, libra, gr.

Factores Unitarios de Volumen.- galón, mililitro, litro, pie cubico.

1.- Expresar el Volumen de 50 galones de gasolina en litros

3.785 l

50 gal 1 gal 189.25 l

2.- Expresar la masa de 32 gm de oxígeno en mm, kg y libras

1000 gr

32 gr 1 g 32,000 mg

1 kg

32 gr 1000 gr .032 kg

1 lb

32 gr 453.6 gr .071 lb

3.- En un cristal de platino los centros de los átomos individuales están separados por 2.8 A. Cuantos átomos habrá en una pulgada de longitud

2.8 x 10^-10 m

28 A 1 pulgada 1.1 x 1'^-8

4.- El color de la luz depende de su longitud de onda, Los rayos visibles en el extremo rojo del espectro tienen una longitud de 7.8x10^-5, expresar en micrones, nanómetros y A

5.- Una pastilla contiene.324 gr de aspirina cuantas libras de aspirina hay en un frasco de 100 pastillas

6.- Un mm equivale a 20 gotas de sustancia liquida, expresar el volumen de 1 gota en litros

7.-El radio del átomo de calcio es igual a 1.74 A, expresar el radio en metros

8.- La carga del electrón es igual a 1.6x10^-19 coulomb, expresar este valor en mili coulomb, micro coulomb y nano coulomb

9.- Cual es la equivalencia en kg y libras de 365 gr de polvo de azufre

10.- Zinc nacional tiene una capacidad instalada de 12,000 ton x año de óxido de zinc, y 50,000 ton x año de ácido sulfúrico, expresar ambas capacidades en kg/hora

11.- El sulfato de aluminio utilizado como coagulante tiene una granulometría de 1.91 mm, convertir a metros y micrómetros

12.- Expresar la equivalencia de 65 litros de alcohol en galones y pies cúbicos

13.- El carbonato de calcio con piedra caliza tiene un tamaño de partícula de 13,000 micrómetros, expresar en mm y pulgadas

Propiedades Generales, Longitud, Masa, Volumen

1.4.- PROPIEDADES ESPECÍFICAS TIPO FISICO DENSIDAD

Marco Teórico

Existe algo que permite identificar un objeto de otro, lo cual recibe el nombre de propiedad. Esto es que, una propiedad es una característica o atributo de un objeto o una sustancia que permite clasificarla como igual o distinta de otra; en otras palabras una propiedad es una cantidad que puede ser apreciada por los sentidos

Densidad: Esta propiedad permite saber si un objeto o cuerpo es liviano o pesado. La densidad de un objeto se puede calcular a partir de su masa y volumen

Nos permite observar y cuantificar una sustancia, sin transformarla y nos permite diferenciarlas de otras sustancias.

1.- Una cantidad de 45.5 gr de acero tiene un volumen de 5.76 cm^3. Cuál es su densidad

2.- Cual es la masa de 1 litro de gasolina si su densidad es igual a .067 gr/mm

3.- Cual es el volumen en mm que ocupa un kg de solvente de tetracloruro de carbono si su densidad es igual a 1.6 gr/mm

4.- Determine la densidad del agua en lb/pie^3. El valor es 1 en gr/mm

5.- La densidad del níquel es igual a 8.9 gr/cm^3. Que volumen ocupara 3kg de este metal

6.-Cual es la densidad del Hidrogeno en sistema cgs, si 2.016 gr ocupan un volumen de 22.4 lts

7.-Si la densidad del etanol es 0.79 gr/mm. Cuál es la masa existente en 5 galones de alcohol

8.- El petróleo crudo tiene una densidad igual a 0.9218 gr/mm expresar en sistema mks

9.- El ácido sulfúrico tiene una densidad igual a 1.84 gr/mm. Cuál sería la capacidad volumétrica de un tanque para almacenar 20 ton de dicho acido

Una propiedad extensiva es directamente proporcional a la cantidad de materia presente

La Densidad del agua a 50 °C es 0.988 gr/cm^3. Determinar el volumen especifico y el volumen molar

El v del Mercurio a 0°C es 0.73554 cm^3/gr. Determine su densidad y el volumen molar

El v del Hidrogeno a una atmosfera y 50°C es 13.161 cm^3/gr. Determine su densidad y volumen molar

Obtener la densidad del agua en fase liquida y en fase gaseosa a 80°F

Determinar la Densidad y el volumen molar del agua a 40°F en fase liquida

1.5.- PROPIEDADES EXTENSIVAS

Marco Teórico

Las propiedades que dependen de la masa del sistema, o extensión del sistema, reciben el nombre de propiedades extensivas.

V= Volumen especifico

M= Energía Interna

H= Entalpia

S= Entropía

1.6.- PROPIEDADES INTENSIVAS

Marco Teórico

Las propiedades que son independientes de la masa contenida dentro de las fronteras del sistema reciben el nombre de propiedades intensivas.

El Valor de una Propiedad Intensiva es independiente de la masa presente en un sistema, Presión, Temperatura y Composición

1.7.- REGLA DE LAS FASES

Marco Teórico

El estado de un fluido puro homogéneo queda determinado cada vez que se dan valores definidos a dos propiedades termodinámicas intensivas. En contraste, cuando dos fases están en equilibrio, el estado del sistema es determinado cuando se especifica una de dichas propiedades. El número de variables independientes que debe fijarse de manera arbitraria para establecer el estado intensivo de cualquier sistema, esto es, el número de grados de libertad P del sistema, está dado por la célebre regla de las fases de J. Willard Gibbs, quien la dedujo en 1875 a partir de consideraciones puramente teóricas.

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