abet-metodiloga para solucin de problemas-t2-02-13

METODOLOGIA SISTEMATICA PARA LA RESOLUCION DE PROBLEMAS DE TERMODINAMICAIntroduccinEs importante contar con una metodologa para la resolucin de los problemas de Termodinmica. La metodologa que aqu se plantea consiste de una gua para paso-a-paso dar la ayuda necesaria para el anlisis de cada problema. Los principios ms importantes que son utilizados en los problemas de Termodinmica, son los siguientes: Conservacin de la masa;

Primera Ley de la Termodinmica (: o Conservacin de la Energa); y,

Segunda Ley de la Termodinmica.

MetodologaEn esta parte se plantea los pasos que se requiere dar y en el orden apropiado para establecer la resolucin del problema de Termodinmica que se plantee.

Paso 1: identificacin del sistema.- El sistema fsico que se va a analizar debe ser, previamente, identificado: Es un sistema con flujo, o sin flujo, a travs de sus fronteras? Si es con flujo, es estable? O, es transitorio? Los factores que ayudan a identificar el tipo de sistema que se plantea en el problema, son las cantidades que necesitan ser determinadas. El sistema seleccionado involucrara estas cantidades, en general. Se requiere de un croquis representativo del sistema que se describe en el problema. A este croquis se lo puede designar como diagrama de energa del sistema (o volumen de control). Este croquis no debe ser necesariamente, un grfico o dibujo que contenga detalles o mucha precisin, sino que incluya: la frontera del mbito del sistema; lo que est ocurriendo dentro del sistema (qu pasa con la temperatura, la masa, la energa, etc.); los flujos de energa que crucen la frontera del sistema (entrando y saliendo); y, los flujos de masa entrando y saliendo del sistema, a travs de su frontera. Paso 2: escribir la informacin dada.- Se debe escribir la informacin dada por el problema sobre el croquis, o diagrama de energa, del sistema, utilizando los smbolos apropiados representativos de las propiedades termodinmicas y las otras cantidades involucradas. Las propiedades y cantidades que requieren ser determinadas con la resolucin del problema, deben tener un signo de interrogacin en donde debiera estar su valor (a ser determinado). Los trminos de energa y de masa, que estn entrando o saliendo, deben estar sealados con una flecha que indique el sentido de su flujo. Paso 3: condiciones o asunciones del proceso.- Las asunciones hechas para resolver el problema deberan quedar establecidas. Solamente las asunciones razonables deberan establecerse. No preocuparse de asunciones insignificantes o que no tengan importancia. Algunas de las asunciones ms comunes en la termodinmica incluyen las siguientes: el proceso puede ser reversible?; el cambio de energa cintica puede ser despreciable?;

el cambio de energa potencial puede ser despreciable?;

un sistema aislado no permite ninguna transferencia de calor;

un gas puede comportarse como el gas ideal?

Estas asunciones simplificadas hacen que la solucin del problema termodinmico sea ms viable, o factible.

Paso 4: aplicar los principios termodinmicos.- La conservacin de la masa se requiere hasta en los problemas ms simples. Aplicar este principio primero. A continuacin se debera aplicar la primera ley. La segunda ley puede ser que se requiera o no, dependiendo de la naturaleza del problema. La ley cero no se la usa de manera explcita en la resolucin del problema. Similarmente, la tercera ley tampoco se la usa de manera explcita en la resolucin del problema.

Paso 5: determinar las incgnitas requeridas.- El valor de todas las propiedades en los distintos estados del sistema puede ser determinado mediante el uso de las tablas y las frmulas (relaciones de propiedades) termodinmicas. Por cuanto el estado de una sustancia se define por medio de dos propiedades intensivas independientes, los valores de todas las propiedades se conocen una vez que el respectivo estado, o condicin, de la sustancia, sea definido. En un proceso, generalmente se conoce por completo el estado inicial o el estado final. En el estado desconocido, normalmente se conoce el valor de una de las propiedades requeridas para identificar este estado. La propiedad desconocida que define al estado desconocido, est relacionada con el proceso. El proceso generalmente dar la informacin para determinar el valor de esta propiedad desconocida. Una vez que esta propiedad ha sido determinada, el estado desconocido queda completamente definido; todas las propiedades hasta este punto pueden luego ser encontradas usando las tablas, las frmulas o los diagramas termodinmicos.

Paso 6: ecuacin del sistema.- El sistema debe ser identificado como no-fluente (cerrado), o de flujo estacionario o estable. Se escribe su ecuacin completa de la energa luego se eliminan los trminos que no intervienen y se dejan en la ecuacin los trminos efectivos, de acuerdo a las condiciones del proceso establecidas por el problema. Se procede, entonces a sustituir los valores ya obtenidos de las propiedades que quedan en la ecuacin del sistema y se obtiene los resultados requeridos. Poner especial atencin a las unidades de las diferentes cantidades cuando se haga la sustitucin numrica. El redondeo de cifras podr hacerse en los resultados finales, no en las operaciones intermedias, ya que puede ocurrir una acumulacin de aproximaciones que afectan en un resultado correcto.

Preparado porIng. Mec. Eduardo Rivadeneira P. M.Sc.

Profesor Principal de la ESPOL Revisado: octubre 09 de 2013