TERMODINMICA TCNICA Y

TRANSMISIN DE CALOR Bloque 1:

Fundamentos de Termodinmica

Principio Cero

-. Termodinmica, Transmisin de calor e Ingeniera. -. Conceptos fundamentales. -. El equilibrio trmico y el Principio Cero. -. Concepto de temperatura y su medida. -. Propiedades de una sustancia pura.

Termodinmica, Transmisin de Calor e Ingeniera

-. Termodinmica (potencia trmica). Ciencia que estudia todas las transformaciones de energa y las relaciones entre las propiedades de la materia. -. Transmisin de calor. Relacionada con la transferencia de energa como consecuencia de una diferencia de temperatura. -. Ingeniera. Diseo y anlisis de procesos o desarrollo de soluciones tecnolgicas a necesidades sociales, industriales o econmicas.

Conceptos fundamentales

-. Sistema Objeto de estudio. Cantidad macroscpica de materia separada del medio exterior por una superficie cerrada real o imaginaria. -. Entorno (surroundings) Cualquier cosa externa al sistema. -. Pared (boundary) Delimita el sistema y condiciona su relacin con el entorno. Ejem: adiabtica, diatrmana, permeable -. Interaccin sistema entorno: Trmica (calor) Mecnica (trabajo) Material/ Qumica (masa)

Conceptos fundamentales

-. Tipos de sistemas: Cerrado (cantidad determinada de materia) Abierto (volumen de control) hay interaccin material. Aislado (sin interaccin con el entorno)

Conceptos fundamentales

-. Descripcin del sistema y su comportamiento.

Enfoque: macroscpico vs. microscpico Macroscpico: Propiedades en gran escala del sistema No establecen ninguna hiptesis acerca de la estructura de la materia N pequeo de variables directamente medibles P.e.: sistema cilindro de un motor (composicin qumica de la mezcla, volumen del cilindro, presin y temperatura de la mezcla) Microscpico: Estado dinmico de cada partcula Se hacen hiptesis acerca de la estructura de la materia Muchas magnitudes No medibles directamente P.e.: un sistema formado por n partculas de posiciones (xi,yi,zi) y velocidades (vxi,vyi,vzi)

Conceptos fundamentales

-. Propiedad : Caracterstica macroscpica del sistema. (valor numrico sin conocimiento de la historia) Intensivas- independientes del tamao del sistema. Extensivas- dependen del tamao del sistema (aditivas). -. Estado: Condicin del sistema definida por sus propiedades. -. Equilibrio (termodinmico): Estado que alcanza un sistema aislado transcurrido un tiempo y que no abandona espontneamente. Implica equilibrio trmico, mecnico y material. -. Fase: Cantidad homognea de materia (composicin y estructura fsica). -. Sustancia pura: uniforme e invariable en su composicin qumica.

Conceptos fundamentales

-. Proceso: Cambio del estado del sistema (cambio en las propiedades). Proceso cclico: Estado inicial y final coinciden. Proceso estacionario: las propiedades del sistema (variables termodinmicas) no varan en el tiempo. Proceso cuasiesttico: proceso constituido por infinitos estados de equilibrio intermedios. Proceso reversible: Una vez producido se puede devolver al sistema y su entorno a las condiciones iniciales sin energa adicional. Proceso irreversible: Se requiere energa adicional para devolver al sistema y su entorno a las condiciones iniciales.

El Equilibrio Trmico y el Principio Cero

Equilibrio trmico: Estado alcanzado por dos o ms sistemas, caracterizado por valores particulares de sus propiedades, despus de haber estado en contacto a travs de una pared diatrmana. Principio Cero (Fowler 1931): Dos sistemas en equilibrio trmico con un tercero estn en equilibrio trmico entre s. Temperatura: Propiedad en comn para los sistemas en equilibrio trmico.

El concepto de Temperatura y su medida

Temperatura: Propiedad en comn para los sistemas en equilibrio trmico. Termmetro: sistema termodinmico que posee una propiedad macroscpica (propiedad termomtrica) que adopta distintos valores cuando la temperatura vara, permaneciendo constante el resto de sus variables. Escala emprica de temperatura

)(16,273)(

16,273

)(

2

2

cteYX

XX

aX

cteYaXX

OH

OH

PT

PT

==

=

==

El concepto de Temperatura y su medida

Termmetro Propiedad termomtrica

Columna de lquido Volumen

Resistencia Resistencia elctrica

Termopar Fuerza Electromotriz

De Gas Presin

Radiacin Intensidad de la radiacin

El concepto de Temperatura y su medida

PTppT lim16,273=

Escala de Gas Ideal

Propiedades de una sustancia pura. La superficie p-v-T

Proyeccin p-v

Proyeccin p-T

Superficie p-v-T y sus proyecciones para una sustancia que se contrae al solidificarse

Superficie p-v-T y sus proyecciones para una sustancia que se expande al solidificarse

Proyeccin T-v

La ecuacin trmica de estado

La expresin f(p,v,T)=0 representa la ecuacin trmica de estado. GASES:

TRvpRTvp

p==

0lim

Ecuacin de los gases ideales

La ecuacin trmica de estado

El factor de compresibilidad Z:

TRvpZ =

. Variacin del factor de compresibilidad del hidrgeno con la presin a temperatura constante

La ecuacin trmica de estado

Grfica del factor de compresibilidad generalizado, para distintos gases

Propiedades reducidas

ccR

cR

cR pRT

vvTTT

ppp

/';; ===

La ecuacin trmica de estado

ccR

cR

cR pRT

vvTTT

ppp

/';; ===

La ecuacin trmica de estado

++++=

++++=

32

32

)()()(1

)()()(1

vTD

vTC

vTBZ

pTDpTCpTBZ

OTRAS ECUACIONES DE ESTADO Ecuaciones del virial:

Ecuaciones cbicas: Van der Waals LQUIDOS Fluido incompresible: v=cte

RTbvvap =

+ )(2

Clculo de las propiedades termodinmicas. TABLAS

Clculo de las propiedades termodinmicas. TABLAS

Tablas de saturacin

Ttulo del vapor (quality) Vapor hmedo (mezcla de lquido saturado y vapor saturado

lquidovapor

vapor

mmm

x+

=

shuvaaaxaxaaxa fgfgf

,,,

)()1(

=

+=+=

TERMODINMICA TCNICA Y TRANSMISIN DE CALORPrincipio CeroTermodinmica, Transmisin de Calor e IngenieraConceptos fundamentalesConceptos fundamentalesConceptos fundamentalesConceptos fundamentalesConceptos fundamentalesEl Equilibrio Trmico y el Principio CeroEl concepto de Temperatura y su medidaEl concepto de Temperatura y su medidaNmero de diapositiva 12Propiedades de una sustancia pura. La superficie p-v-TNmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22Nmero de diapositiva 23Nmero de diapositiva 24Nmero de diapositiva 25