TERMODINÁMICA APLICADA
MSc. Richard Huamán Docente del Departamento de Equipo Pesado
Sesiones 01 y 02: I. Introduccin II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s III. Sust"nci" !ur"
I. Introduccin En la gran mayoría de los procesos industriales se aplican los principios de la termodinámica, por ejemplo: Generación de energía eléctrica a través de turbinas a gas o vapor Ciclo de refrigeración
I Introducción O%&eti'os:
Conocer los principios de la termodinámica para comprender los diferentes procesos térmicos !ue se producen en la industria
Conocer las propiedades termodinámicas de los fluidos de trabajo como son el agua, aire, refrigerantes, gases y me"cla de gases para anali"ar el comportamiento de los sistemas térmicos #eali"ar análisis energético en sistemas termodinámicos y mejorar su rendimiento
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s $ntecedentes %istóricos de la &ermodinámica
'tto von Gueric(e , en )*+, construyó y dise-ó la primera bomba de vacío .na bomba de vacío e/trae moléculas de gas de un volumen sellado, para crear un vacío parcial
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s $ntecedentes %istóricos de la &ermodinámica
0oyle y %oo(e observaron una correlación entre la !resin, te#!er"tur" y 'o(u#en Con el tiempo, se formularon la ley de 0oyle, indicando !ue para un gas a temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s $ntecedentes %istóricos de la &ermodinámica
En )*12, el ingeniero T)o#"s S"'ery, construyó el primer #otor t*r#ico
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s $ntecedentes %istóricos de la &ermodinámica
En )23) los conceptos de capacidad calorífica latente,de fueron desarrollados por el profesor 4osep5 0lac( de lay calor .niversidad Glasgo6
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s $ntecedentes %istóricos de la &ermodinámica
4ames 7att concibió la idea del condensador e/terno y aumentando grandemente la eficiencia de la má!uina de vapor
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s $ntecedentes %istóricos de la &ermodinámica
8obre la base de todo este trabajo previo, S"di C"rnot+ e( ,!"dre de (" ter#odin$#ic" ,+ publicó en )39 Reflexiones sobre la energía motriz del fuego, un discurso sobre la eficiencia térmica, la energía, la energía motri" y el motor
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s Conceptos básicos Ter#odin$#ic": Es la rama de la física !ue estudia la interacción del calor y las otras manifestaciones de la energía
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s Conceptos básicos
Ener-": Capacidad !ue tiene la materia de producir trabajo en forma de movimiento, lu", calor, etc
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s 8istemas termodinámicos .n sistema termodinámico es una parte del universo !ue se aísla para su estudio
Siste#" "%ierto: Es el !ue puede intercambiar energía pero no
materia con el e/terior Siste#" cerr"do: Es a!uel !ue puede intercambiar energía y materia con el e/terior
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s Ejemplos de sistemas abiertos y cerrados
Siste#" "%ierto
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s Ejemplos de sistemas abiertos y cerrados
Siste#" cerr"do
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s ;ropiedades de un 8istema •
Pro!ied"des Intensi'"s 8on a!uellas !ue no dependen de la masa del sistema, como son,
te#!er"tur"+ !resin y densid"d
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s ;ropiedades de un 8istema •
Pro!ied"des e/tensi'"s: 8on a!uellas !ue dependen de la masa o e/tensión del sistema como son la misma #"s" y el 'o(u#en
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s Densid"d: la densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia
Densid"d re("ti'":
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s Est"do: .n est"do ter#odin$#ico es un conjunto de los valores !ue toman las propiedades de un sistema ter#odin$#ico
II. Pro!ied"des ter#odin$#ic"s Eui(i%rio: .n sistema se encuentra en estado de e!uilibrio termodinámico, si no e/perimenta alg=n cambio de estado cuando está sometido a unas determinadas condiciones ;ara ello 5a de encontrarse simultáneamente en e!uilibrio térmico, e!uilibrio mecánico y e!uilibrio !uímico
II. Sust"nci" !ur" Es toda sustancia !ue tiene su composición !uímica 5omogénea e invariante • Ejemplo: el agua, el nitrógeno, el o/ígeno, el amoníaco y muc5os mas
II. Sust"nci" !ur" Postu("do de est"do: El numero de propiedades re!ueridas para fijar el sistema se determina mediante el postulado de estado El postulado establece !ue el n=mero de propiedades independientes es el n=mero de formas distintas de cambiar la energía de un sistema: calor y cada uno de los modos de trabajo cuasiestático ;or ejemplo: trabajo de cambio de volumen >trabajo de compresión o e/pansión?
II. Sust"nci" !ur" So(idos .na fase es un arreglo molecular distinto de una sustancia
II. Sust"nci" !ur" Est"do s(ido En los sólidos los enlaces moleculares son mas fuertes ya !ue tienen un patrón tridimensional !ue se repite por todo el sólido, a!uí las moléculas tienen posiciones fijas
II. Sust"nci" !ur" Est"do (uido En esta fase las moléculas ya no mantienen posiciones fijas y estas flotan entre si, permitiendo !ue fluya
II. Sust"nci" !ur" Est"do -"seoso En esta fase las moléculas están muy separadas unas de otras y no tienen orden molecular, es decir están dispersas y de y ocupan todo el volumen del recipiente !ue los contiene
Procesos de c"#%io de "se en sust"nci"s !ur"s E/isten en la naturale"a situaciones en !ue dos o las tres fases de una sustancia coe/isten en e!uilibrio • El e/iste como li!uito y vapor dentro de una olla a presión •
En termodinámica se estudian las fases li!uido y vapor y su me"cla
Liuido co#!ri#ido y S"tur"do Liuido co#!ri#ido Considere !ue un contenedor tiene agua a 9 AC y ) atm de presión, se dice !ue bajo estas condiciones se trata de un li!uido comprimido, es decir !ue no esta a punto de evaporarse
Liuido co#!ri#ido y S"tur"do Liuido s"tur"do $l incrementar su temperatura, al llegar a los ) AC el agua seguirá siendo un li!uido pero al aumentar más la temperatura ocasionara !ue se evapore .n li!uido a punto de evaporarse recibe el nombre de li!uido saturado
"!or s"tur"do y so%rec"(ent"do "!or s"tur"do 8e dice !ue un vapor es saturado cuando al e/perimentar pérdida de calor este empie"a a condensarse
"!or s"tur"do y so%rec"(ent"do "!or so%rec"(ent"do El vapor sobrecalentado es a!uel vapor !ue presenta altas temperaturas y no esta a punto de condensarse
Te#!er"tur" de s"tur"cin y !resin de s"tur"cin
Di"-r"#"s de !ro!ied"des !"r" !rocesos de c"#%io de "se
Di"-r"#"s de !ro!ied"des !"r" !rocesos de c"#%io de "se 1 Di"-r"#" T3v
Di"-r"#"s de !ro!ied"des !"r" !rocesos de c"#%io de "se 2 Di"-r"#" P3v
Di"-r"#"s de !ro!ied"des !"r" !rocesos de c"#%io de "se 4 Di"-r"#" P-T
TA5LAS DE PROPIEDADES ;ara la mayor parte de las sustancias, las relaciones entre propiedades termodinámicas son demasiado complejas para e/presarse por medio de ecuaciones simplesB por lo tanto, las propiedades suelen presentarse en forma de tablas $lgunas propiedades termodinámicas se miden con facilidad, pero otras no y deben calcularse a través de las relaciones !ue involucren propiedades medibles
T"%(" A31 asa molar, constante de gas y propiedades del punto crítico T"%(" A32 Calores específicos de gas ideal de varios gases comunes T"%(" A34 ;ropiedades de lí!uidos, sólidos y alimentos comunes T"%(" A36 $gua saturada &abla de temperaturas T"%(" A37 $gua saturada &abla de presiones T"%(" A38 Dapor de agua sobrecalentado
TA5LAS DE PROPIEDADES ;ara cada sustancia las propiedades termodinámicas se listan en más de una tabla, ya !ue se prepara una para cada región de interés, como las de vapor sobrecalentado, de lí!uido comprimido y de saturación >me"cla?
TA5LAS DE PROPIEDADES 1 Est"dos de (uido s"tur"do y de '"!or s"tur"do
TA5LAS DE PROPIEDADES 1 Est"dos de (uido s"tur"do y de '"!or s"tur"do
TA5LAS DE PROPIEDADES Ent"(!": un" !ro!ied"d de co#%in"cin En el análisis de cierto tipo de procesos, particularmente en la generación de potencia y en refrigeración a menudo se encuentra la combinación de propiedades u ;v ;ara simplificar y por conveniencia, esta combinación se define como una nueva propiedad, ent"(!", la cual se representa mediante el símbolo h:
EC9ACIN DE ESTADO DE ;AS IDEAL Cual!uier ecuación !ue relacione la presión, la temperatura y el volumen específico de una sustancia se denomina ecuación de estado ;ara sustancias en la fase gaseosa la ecuación de estado de gas ideal predice el comportamiento ;FvF& con bastante e/actitud, dentro de cierta región elegida adecuadamente
R: const"nte de( -"s P: !resin "%so(ut" T: te#!er"tur" "%so(ut" : te#!er"tur" "%so(ut"
EC9ACIN DE ESTADO DE ;AS IDEAL
Ru : constante universal de los gases : la masa molar >llamada también peso molecular? del gas
EC9ACIN DE ESTADO DE ;AS IDEAL $l escribir dos veces la ecuación de estado para una masa fija y simplificar, las propiedades de un gas ideal en dos estados diferentes se relacionan entre sí por medio de
EC9ACIN DE ESTADO DE ;AS IDEAL
PROCESO ISOM
PROCESO ISO5ÁRICO .na e/!"nsin iso%$ric" es un proceso en el cual un gas se e/pande >o contrae? mientras !ue la presión del mismo no varía, es decir si en un estado ) del proceso la presión es ;) y en el estado 9 del mismo proceso la presión es ; , entonces ; ; 9
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PROCESO ISOT
PROCESO ADIA5ÁTICO En termodinámica se designa como !roceso "di"%$tico a a!uel en el cual el sistema termodinámico no intercambia calor con su entorno .n !roceso "di"%$tico !ue es además reversible se conoce como !roceso isotrópico
