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TERMODINMICA I

PROFESOR: SUAREZ CUEVAS JUAN CARLOS

ALUMNO:

ALVARADO GARCA BRIAN JOEL

BOLETA: 2013360454

GRUPO: 4MV1

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

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NDICE

Introduccin.....3

Marco terico..4

Propiedades de un gas ideal..4

Mezcla de gases ideales5

Mezclas sin reaccin...5

Mezclas reactivas..6

Combustin7

Aplicaciones....9

Temperatura...11

Llama adiabtica.11

Conclusin....12

Bibliografa.12

Fuentes electrnicas12

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INTRODUCCIN TERMODINMICA Y ENERGA

El estudio de la energa asociada con las fuerzas atmicas y nucleares de enlace es sumamente

importante. La termodinmica relaciona estas y otras formas de energa y describe el cambio en la

energa de diversos tipos de sistemas, en trminos de las interacciones en las fronteras de un

sistema.

La termodinmica trata fundamentalmente de las transformaciones del calor en trabajo mecnico

y de las transformaciones opuestas del trabajo mecnico en calor. Se sabe actualmente que la

base real para la equivalencia entre el calor y la energa dinmica debe buscarse en la

interpretacin cintica, que reduce todos los fenmenos trmicos a los movimientos

desordenados de tomos y molculas.

El estudio del calor se considera como la mecnica de un conjunto tan enorme de partculas

(tomos y molculas), que la descripcin detallada del estado y el movimiento pierde importancia

y solo deben considerarse las propiedades en promedio de un gran nmero de ellas.

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MARCO TERICO GAS IDEAL

Se define como gas ideal, aquel donde todas las colisiones entre tomos o molculas son

perfectamente elsticas, y en el que no hay fuerzas atractivas intermoleculares. Se puede

visualizar como una coleccin de esferas perfectamente rgidas que chocan unas con otras pero

sin interaccin entre ellas. En tales gases toda la energa interna est en forma de energa cintica

y cualquier cambio en la energa interna va acompaado de un cambio en la temperatura.

PROPIEDADES TERMODINMICAS DE UN GAS IDEAL

ENERGA INTERNA

Para un gas ideal, la energa interna es exclusivamente funcin de la temperatura en un estado de

equilibrio determinado. Esta energa, es la acumulada por los tomos y molculas que constituyen

un sistema; varia con la posicin, velocidad, grado de agitacin, fuerza entre partculas etc.

Las propiedades macroscpicas del sistema son las que caracterizan su estado termodinmico y

sus valores se modifican con cualquier cambio en la energa interna acumulada.

ENTALPA

Es una magnitud termodinmica, simbolizada con la letra H mayscula, cuya variacin expresa una

medida de la cantidad de energa absorbida o cedida por un sistema termodinmico, es decir, la

cantidad de energa que un sistema puede intercambiar con su entorno.

Es una funcin de estado de la termodinmica donde la variacin permite expresar la cantidad de

calor puesto en juego durante una transformacin isobrica (es decir, a presin constante) en un

sistema termodinmico (teniendo en cuenta que todo objeto conocido puede ser entendido como

un sistema termodinmico), transformacin en el curso de la cual se puede recibir o aportar

energa (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecnico). En este sentido la entalpa es

numricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestin.

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FUNCIN DE GIBBS

La funcin de Gibbs es una propiedad extensiva de un gas, que se representa mediante el smbolo

Gy se obtiene al restar la entalpia con el producto entre la temperatura y la entropa total del sistema.

G H TS

CALORES ESPECFICOS

El calor especfico es una funcin de la temperatura del sistema. Esta funcin es creciente para la

mayora de las sustancias. Esto se debe a efectos cunticos que hacen que los modos de vibracin

estn cuantizados y slo estn accesibles a medida que aumenta la temperatura.

MEZCLA DE GASES IDEALES Cuando se mezclan dos o ms gases ideales, el comportamiento de una molcula no es afectado

por la presencia de otras molculas similares o diferentes y, en consecuencia, una mezcla de gases

ideales se comporta tambin como un gas ideal. El aire, por ejemplo, se trata convenientemente

como un gas ideal.

En el cilindro de un motor de combustin interna se tiene una mezcla de aire combustible durante

la admisin y compresin; y una mezcla de productos de combustin durante la expansin y el

escape. Todo sujeto a las condiciones de presin y temperatura que se presentan en los motores.

Estas mezclas pueden considerarse como ideales o de composicin constante.

MEZCLAS SIN REACCIN Para determinar las propiedades de una mezcla es necesario conocer su composicin. Existen dos

maneras de describir la composicin de una mezcla; ya sea mediante la especificacin del nmero

de moles de cada componente (anlisis molar), o mediante la especificacin de la masa de cada

componente (anlisis gravimtrico).

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Propiedades

En una mezcla de gases ideales, la temperatura se obtiene cuando ocupa un volumen V a una

presin total p. Se pueden obtener otras propiedades termodinmicas de los gases individuales y

de las mezclas mediante la aplicacin de la ley de Gibbs y Dalton.

Esta ley afirma que en una mezcla de gases ideales cada componente de la mezcla se comporta

como si ocupara todo el volumen V a la temperatura T de la mezcla. Por consiguiente, todas las

propiedades extensivas de la mezcla se pueden hallar sumando las contribuciones hechas por cada

componente.

MEZCLAS REACTIVAS En las mezclas reactivas varia la naturaleza y el nmero de componentes al producirse la reaccin

qumica. La velocidad de transformacin de los reactantes en productos (velocidad de reaccin)

disminuye debido a la disociacin de los productos en reactantes.

El equilibrio qumico se alcanza cuando la velocidad de reaccin se iguala con la velocidad de

disociacin. Si la reaccin es exotrmica la disociacin es endotrmica y viceversa. Lo que implica

que en un proceso de combustin adiabtico, la temperatura final ser menor si se considera la

disociacin.

En todos los procesos en que se considera la disociacin, se necesita un cierto tiempo finito para

alcanzar la condicin de equilibrio; este tiempo se conoce como tiempo de relajacin. Cuando el

tiempo para que se produzca un cambio de estado en un sistema reactivo es mucho menor que el

tiempo de relajacin, se puede suponer que se congela o inmoviliza la composicin del sistema

en un valor fijo que depende de las condiciones de flujo; en este caso cuando la temperatura

disminuye no se produce re asociacin de los productos de disociacin.

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COMBUSTIN La importancia de la combustin radica en el aprovechamiento de la energa qumica de un

combustible para generar energa trmica que puede ser utilizada en diversas aplicaciones

prcticas.

La combustin de un hidrocarburo genera altas temperaturas y productos cuya composicin vara

de acuerdo a diversas condiciones entre las cuales se pueden mencionar: tipo de combustible,

cantidad de aire, temperatura de los reactantes, entre otras.

Disociacin y Equilibrio Qumico

La variedad de compuestos en los productos para una combustin real se debe a las altas

temperaturas generadas, lo que ocasiona la disociacin de las especies, fenmeno en el cual una

especie genera otras especies, y estas ltimas, tienden a formar la especie inicial, convirtindose

en un proceso repetitivo hasta alcanzar el equilibrio qumico. La reaccin qumica no se detiene,

esta continuara sucediendo en ambas direcciones a la misma relacin, punto en el cual se supone

el equilibrio.

La condicin de equilibrio qumico es la base para la determinacin de la composicin de las

especies en los productos de combustin.

Temperatura de Combustin

La temperatura de la combustin es afectada por el estado de los reactantes, la cantidad de

reactantes y el grado en el que se completa la reaccin.

Es en este ltimo aspecto donde la disociacin tiene influencia sobre la temperatura alcanzada

durante la combustin. Cuando el proceso de combustin se realiza de manera que no se pierde

calor hacia los alrededores, la entalpia de los reactantes es igual a la entalpia de los productos, por

consiguiente, la temperatura de los productos se denomina temperatura de llama adiabtica, y su

valor es mximo debido a que toda la energa qumica liberada por el combustible se usa

internamente para elevar la temperatura de los productos.

Combustible-aire real

Se define como la masa de aire por unidad de masa de combustible presente en la mezcla.

Combustible-aire estequiometria

Se define como la proporcin de combustible y aire qumicamente perfecto que permite un

proceso de combustin completa.

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COMPOSICIN DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIN

En el estudio del proceso de combustin en los MCIA el determinar la concentracin de las

especies a medida que el proceso se desarrolla, permite evaluar en forma precisa la evolucin de

las propiedades termodinmicas del fluido de trabajo.

El empleo de la primera ley de la termodinmica en sistemas donde las reacciones son

importantes permite calcular la cantidad de energa que se libera en el proceso. A partir de estos

resultados se pueden determinar las variables ms importantes que caracterizan los procesos de

combustin que ocurren en los motores de automocin; por ejemplo, se puede calcular:

La potencia producida, la cantidad de calor desprendido, el poder calorfico de la mezcla

combustible-aire, la mxima temperatura que se puede obtener en el ciclo de trabajo bajo

condiciones dadas de presin, temperatura y riqueza de la mezcla de los reactantes, etc.

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INVESTIGACIN (Aplicaciones)

En los motores de combustin interna alternativos el proceso de combustin puede ser modelado

como un sistema abierto donde existe intercambio de calor y trabajo con sus alrededores. Se

considera que la mezcla fresca est formada por combustible y aire, los cuales entran en cierta

proporcin y constituyen los reactantes. Una vez que ocurre el proceso de liberacin de energa en

el cilindro del motor, se expulsan a la atmosfera los gases quemados que constituyen los

productos.

El desarrollo adecuado del proceso de combustin en los motores alternativos es de importancia

decisiva para obtener un mximo aprovechamiento como trabajo mecnico en el eje del motor.

Con la intencin de conseguir las condiciones apropiadas para la realizacin de este proceso, en

los motores de combustin interna alternativos se emplean mtodos que permiten la formacin

de mezclas

aire-combustible, dependiendo de los requerimientos de potencia exigidos al motor, que sean

funcin directa de las caractersticas reales de trabajo.

Como objetivo principal del proceso de formacin de la mezcla est el que se realice un mezclado

optimo entre el aire y el combustible, que tome en consideracin aspectos relacionados con un

arranque rpido y seguro, una combustin completa, una mnima formacin de especies

contaminantes y una reduccin del desgaste de las piezas.

Dependiendo del tipo de motor de combustin interna alternativo empleado existen una serie de

requisitos fsicos que se asocian con el desarrollo de futuras reacciones qumicas que aparecern

en funcin del tipo de combustible utilizado.

De esta manera para que dentro del cilindro del motor ocurra el proceso de combustin, se debe

procurar desde el inicio de la admisin, durante el paso del

aire-combustible o solo de aire por el mltiple de admisin condiciones adecuadas de presin,

temperatura y humedad que aseguren la formacin de la mezcla para el momento del encendido.

Tomando en cuenta el funcionamiento de los motores de combustin interna alternativos los

trabajos experimentales muestran que existen una serie de parmetros que tienen influencia en el

rendimiento de la combustin en funcin de la potencia que se desee obtener, entre los ms

importante tenemos: el ajuste de la riqueza de la mezcla, la relacin de compresin, la variacin

de la carga y las revoluciones del motor.

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Los resultados revelan que durante el funcionamiento del motor el mayor efecto se debe a la

variacin de la riqueza de la mezcla.

Los productos que se forman cuando se quema una cierta cantidad de aire y combustible

dependen de las caractersticas reales del proceso de combustin.

El empleo de un balance estequiometrico solo sirve como mtodo de aproximacin, por lo tanto

dependiendo de la complejidad deseada en el estudio, el nmero de especies presentes a analizar

puede incrementarse y requerir modelos computacionales para resolverla.

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TEMPERATURA DE LLAMA ADIABTICA

En ausencia de efectos de trabajo y cualquier cambio apreciable en la energa cintica de la

corriente de flujo, la energa liberada por una reaccin qumica en una cmara de combustin a

rgimen permanente se presenta en dos formas: Perdida de calor hacia los alrededores y aumento

de la temperatura de los gases en los productos. Cuanto menor sea la perdida de calor, mayor ser

la elevacin de la temperatura en los productos. En el lmite de una operacin adiabtica de la

cmara, ocurrir el mximo ascenso de la temperatura, por esta razn se denomina temperatura

de llama adiabtica.

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BIBLIOGRAFA

Cengel, Y. A.; Boles, M.A.: Termodinmica. Mc Graw-Hill, 1996.

Wark, K. Richards, D.E.: Thermodynamic, 6a Edition Mc Graw-Hill, 2001

Haywood, R.W. : Ciclos termodinmicos de potencia y refrigeracin Ed. Limusa, 2000.

Fuentes electrnicas

http://www.unipamplona.edu.co/unipamplona/hermesoft/portalIG/home_1/recursos/tesis/conte

nidos/tesis_septiembre/05092007/determinacion_de_las_propiedad.pdf