TERMODINÁMICA PROPEDEUTICO UNIVERSIDAD DEL ISTMO PROFESOR: DRA. ROCIO SOLAR GONZALEZ
Termodinámica OBJETIVOS GENERAL: Estudiar los principios fundamentales de la termodinámica, que sirvan de base para la operación y diseño de máquinas y procesos de conversión de energía en trabajo.
Termodinámica PROGRAMA DE ESTUDIOS
1.- CONCEPTOS BÁSICOS DE TERMODINÁMICA
1.1.- Termodinámica y energía 1.2.- Dimensiones y unidades 1.3.- Sistemas cerrados y abiertos 1.4.- Propiedades de los sistemas 1.5.- Estado y equilibrio 1.6.- Procesos y ciclos 2.- MEDIDAS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA
2.1.- Presión 2.2.- Temperatura y ley cero de la termodinámica 3.- SUSTANCIAS PURAS
3.1.- Sustancia pura 3.2.- Cambio de fases de sustancias puras 3.3.- Diagramas de propiedades 3.4.- Tablas de propiedades 3.5.- Ecuación de gas ideal 3.6.- Factor de compresibilidad 3.7.- Otras ecuaciones de estado
4.- PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
4.1.- Introducción a la primera ley de la termodinámica 4.2.- transferencia de calor 4.3.- Trabajo 4.4.- Primera ley de la termodinámica 4.5.- Calores específicos 4.6.- Volúmenes de control 4.7.- Proceso de flujo permanente
Termodinámica BIBLIOGRAFIA
1.-DOE Fundamentals Handbook Thermodynamics, Heat Transfer, and Fluid Flow Volume 1 of 3. 2.-Termodinámica / Kenneth Wark, Donald E. Richard ; tr. Pablo de Assas Martínez Morentín, Teresa de Jesús Leo Mena, Isabel Pérez Grande ; rev. téc. Antonio Sánchez Sánchez. -- 6a. ed. -- Madrid, España : McGraw-Hill, 2001. 3.-Introducción a la termodinámica en ingeniería química / J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbott ; tr. Ana Elizabeth García Hernández ; rev. téc. Néstor L. Díaz Ramírez. -- 6a. ed. -- México : McGraw-Hill, 2003. 4.-Fundamentos de termodinámica / Octave Levenspiel ; tr. Ricardo Cruz Quintana ; rev. téc. Marcela M. Villegas Garrido. -- México : Pearson, 1997. 5.-Termodinámica clásica / Lynn D. Russell, George A. Adebiyi ; tr. José E. de la Cera Alonso. -- México : Addison Wesley México, 2000. 6.-Problemas de termodinámica técnica / José Segura Clavell, Juan Rodriguez Sevilla. -- Barcelona, España : Reverté, c1993. 7.-Fundamentos de termodinámica técnica : v.1 / M. J. Moran, H. N. Shapiro ; tr. Jesús Guallar, Miguel Ángel Lozano, José María Marín... [et al] -- Barcelona, España : Reverté, c1998. 8.-Ingeniería termodinámica / J. B. Jones, R. E. Dugan ; tr. Ricardo Cruz Quintana ; rev. téc. Marcela M. Villegas Garrido. -- México : Prentice Hall, c1997.
Termodinámica Evaluación
• 2 exámenes parciales • Tareas
(80 % calificación) (20 % calificación)
• Asistencia (>85% de la total) • Apuntes de clase: www.unistmo.edu.mx/~solgr
Es prudente recordar y recomendar a los alumnos que los conceptos de la Termo se aprenden mejor resolviendo en buena forma problemas de todo tipo. Muchos problemas y aplicaciones en Termo, aunque involucren conceptos comunes, siempre tienen algún aspecto nuevo que será mejor abordado mientras más problemas se hayan resuelto. Estudiar Termo simplemente asistiendo a clases y viendo como los demás resuelven problemas sería como tratar de aprender a nadar solo leyendo libros y manuales, sin meterse a la piscina. Dr. José O. Valderrama
Conceptos y definiciones Termodinámica Es la parte de la ciencia que estudia la energía, sus diferentes manifestaciones, transformaciones y las propiedades de las sustancias asociadas a ella.
Conceptos y definiciones ¿Porqué estudiar Termodinámica? Porque nos interesa el óptimo aprovechamiento de la energía para fines que sirvan a la humanidad (electricidad, calefacción, combustión, refrigeración) y para optimizar el uso de la energía debemos conocer las leyes que rigen su transformación.
Conceptos y definiciones ¿En qué se fundamenta la Termodinámica? La base fundamental de la termodinámica es la observación experimental, la que ha sido “resumida” en algunas leyes básicas conocidas como Leyes de la Termodinámica: ley cero, la 1ª, 2ª y 3ª ley.
Conceptos y definiciones Energía Es la manifestación “última” de las interacciones entre moléculas, electrones y otros elementos subatómicos; de sus transformaciones, cambios, degradación, etc. La energía puede existir en varias formas cuya suma conforma la energía total E de un sistema, la cual se denota por unidad de masa mediante e y se expresa como e= E/m (kJ/kg) La termodinámica no proporciona información del valor absoluto de la energía total sólo trata con el cambio.
Conceptos y definiciones Formas de Energía
• Macroscopicas: son las que posee un sistema como un todo en relación con cierto marco de referencia exterior. – Cinética – Potencial
• Microscópicas: son las que se relacionan con la estructura molecular de un sistema y el grado de la actividad molecular, y son independientes de los marcos de referencia externos. – Energía interna
Conceptos y definiciones Energía cinética: es la energía que posee un sistema como resultado de su movimiento en relación con cierto marco de referencia. Cuando todas las partes de un sistema se mueven con la misma velocidad, la energía cinética se expresa como EC = m V2/2 (kJ) o bien por unidad de masa ec = V2/2
(kj/kg)
donde V denota la velocidad del sistema.
Conceptos y definiciones Energía potencial: es la energía que posee un sistema como resultado de su elevación en un campo gravitacional y se expresa como EP =mgz (kJ) o bien por unidad de masa ep = gz
(kj/kg)
donde g es la aceleración gravitacional y z es la elevación del centro de gravedad de un sistema en relación con cierto plano de referencia.
Conceptos y definiciones Energía interna: se asocia con las fuerzas
intermoleculares de un sistema.
– Energía sensible: porción de energía interna de un sistema asociada con la energía cinética de una molécula. – Energía latente: energía interna asociada con la fase de un sistema. – Energía química: energía interna asociada con los enlaces atómicos en una molécula. – Energía nuclear: energía interna asociada con los enlaces dentro del núcleo del propio átomo.
Conceptos y definiciones Calor y Trabajo
Calor y trabajo son dos formas de energía de transferencia; esto es que existen solamente cuando se está transfiriendo energía. Así, un cuerpo no puede tener calor ni puede tener trabajo. El calor es la forma de energía por la que un cuerpo transfiere energía con otro cuerpo, transferencia causada solo por diferencia de temperatura entre dichos cuerpos. El trabajo es la forma de energía por la que un sistema transfiere energía a otro cuerpo por la acción de una fuerza.
Conceptos y definiciones • Si se transporta energía de una sustancia u objeto a otro por medio de una diferencia de temperatura entre ellos, este transporte será referido como flujo de calor. La cantidad de energía es el calor. • Del calor existe una sola forma aunque hay varios mecanismos por los que se transfiere (conducción, convección y radiación). • Del trabajo existen muchas formas, dependiendo de la forma que actúa la fuerza ( de empuje, PV, eléctrico, de tensión superficial, elástico, químico, magnético).
Conceptos y definiciones • Ejemplos de transferencia de calor • i) Cuando una tetera con agua se pone en la llama de la cocina, en la llama se está transformando la energía química del combustible, energía que toman los humos quemados. Esta energía es transferida en forma de calor a la base metálica de la tetera, la que por conducción la transfiere al agua. El agua recibe el calor y lo transforma en energía interna. • ii) Cuando colocamos un clavo metálico en una llama, la llama le transfiere la energía al clavo, al que la conduce hasta nuestra mano y percibimos dicha energía... nos quemamos. • iii) Cuando hacemos funcionar el calentador de la casa, el gas le transfiere energía a los tubos de cobre el que por conducción la transfiere al agua que fluye y el agua la trasforma en energía interna y nos llega a la ducha agua más caliente. La energía que nos llega en el agua fue transportada desde el calentador principalmente convección.
Conceptos y definiciones • Ejemplos de transferencia de trabajo • i) Cuando colocamos una rueda cualquiera en un chorro de agua que cae en forma natural desde una altura, el chorro le transfiere la energía cinética a la rueda, y esta gira produciendo una cierta cantidad de trabajo. • ii) En un ventilador, la energía eléctrica que se le entrega (cuando enchufamos el ventilador a la red eléctrica, se transforma en trabajo de movimiento de las aspas del ventilador, trabajo que se gasta en desplazar el aire hacia el ambiente que le rodea produciendo movimiento del aire. • iii) Cuando revolvemos una taza de café con una cuchara estamos entregando energía al café en forma de trabajo (la cuchara que gira por la energía que le entregamos al hacerla girar). Esa energía se transforma en calor que recibe el café... obviamente es una cantidad muy pequeña, y difícilmente logramos calentar el agua en esta forma para tomarnos un cafecito.
Tarea 1 1. Detalle tres ejemplos domésticos, de la vida diaria, o que Ud. conozca sobre transferencia de energía en forma de calor (obviamente distintos a las tres dadas en estos Apuntes). 2. Detalle tres ejemplos domésticos, de la vida diaria, o que Ud. conozca sobre transferencia de energía en forma de trabajo (obviamente distintos a las tres dadas en estos Apuntes)
