UNIDAD I: CONCEPTOS BASICOS

UNIDAD I: Propiedades de una Sustancia PuraING. MARIO GARCIADEPARTAMENTO DE ENERGETICAFACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA INDUSTRIAUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA111 CONCEPTOS BASICOS

La termodinmica se define como el estudio de la energa, sus formas y transformaciones, as como sus interacciones con la materia.

Antes de iniciar este estudio, es til reflexionar sobre el lugar y utilidad que tiene esta disciplina, no slo en el curriculum del ingeniero y del cientfico sino en el marco mismo de la sociedad.212ALGUNAS APLICACIONES DE LA TERMODINAMICA31

3Necesidad de Comprender la Energa

Dada su generalidad, la termodinmica es la ciencia bsica que sirve de punto de partida para el estudio de muchos otros temas de ingeniera; el ms obvio es la transferencia de calor, el cual se refiere a cmo la energa pasa de un material o de un lugar a cierta temperatura, a otro material o a otro lugar a una temperatura diferente; la mecnica de fluidos se refiere a los fluidos en movimiento bajo la accin de fuerzas externas y a las transformaciones de la energa entre las formas mecnica y trmica durante dicho movimiento; muchos temas de la ciencia de materiales, como aqullos que consideran las cantidades relativas de varias formas estructurales de los materiales presentes en los slidos y la manera en que estas cantidades relativas cambian en diferentes condiciones; y, en cierta forma, todos los temas que se refieren a la energa en cualquiera de sus formas.414Sistema: Es una Regin del Espacio tridimensional, o una cantidad de materia, delimitada por una superficie arbitraria. La Frontera puede ser real o imaginaria, puede hallarse en reposo o en movimiento y puede variar de tamao o de forma. La regin del espacio fsico que queda fuera de las fronteras elegidas arbitrariamente recibe el nombre de Entorno o Alrededores o Medio Ambiente51

5Ejemplo de Sistema Cerrado y Volumen de Control

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6 FASE: Es una cantidad de materia homognea en cuanto a su estructura fsica y a su composicin qumica. De aqu que la estructura fsica requiere que toda la sustancia sea toda liquida, toda gaseosa o toda solida.

PROPIEDADES: Son caractersticas macroscpicas de un sistema, y su valor es independiente de la historia del sistema. En otras palabras son cantidades que describen el estado de un sistema.Algunas propiedades macroscpicas son:Temperatura:

Presin:

Volumen: 7

7 8 Las propiedades se dividen en dos tipos:

Propiedades Intensivas:Las propiedades que son independientes de la masa contenida dentro de las fronteras del sistema reciben el nombre de propiedades intensivas. Ejemplo: Presin, Temperatura, volumen y especifico Propiedades Extensivas:Las propiedades que dependen de la masa del sistema, o extensin del sistema, reciben el nombre de propiedades extensivas. Ejemplo: energa interna, entalpa, entropa8 9 Estado: de un sistema es la condicin del sistema descrita por el valor de sus propiedades

Proceso: Es un cambio de un sistema de un estado de equilibrio a otro. De acuerdo a sus propiedades puede ser:

De acuerdo a su relacin con los alrededores o entorno puede ser:

9 10 Adiabtico: Trasferencia de Calor igual a cero. Cuasiesttico: cambios infinitesimales en sus propiedades. Reversible: Un proceso es reversible cuando su direccin puede invertirse en cualquier punto por un cambio infinitesimal en las condiciones externas. Irreversible:10 11 CICLO: cuando un sistema en un estado inicial dado pasa por una serie de cambios o procesos diferentes y, por ltimo vuelve a su estado inicial, el sistema se ha sometido a un ciclo

11 IGUALDAD DE TEMPERATURA. LEY CERO DE LA TERMODINAMICA Basndose en observaciones experimentales se encuentra que cuando cada uno de los dos sistemas esta en equilibrio trmico con un tercero, tambin se encuentran en equilibrio trmico entre si.12

12EQUILIBRIO TERMODINAMICO Equilibrio Mecnico13 Cuando dos sistemas aislados no experimentan cambio alguno en su temperatura se dice que encuentran en equilibrio trmico

Se da cuando no existe ninguna reaccin qumica entre los elementos

Significa una condicin de balance mantenido por una igualdad de fuerzas de oposicin Equilibrio TrmicoEquilibrio Qumico13 SUSTANCIA PURA INCOMPRESIBLE SIMPLE14 Una sustancia Pura es una que tiene una composicin homognea y qumica invariable:Ejemplo de sustancias Puras:

Agua:

R-134a

Amoniaco:

Agua

Refrigerador

14 superficies termodinamicas15

15 CAMPANA DE VAPOR 16

La Campana de Vapor es vlida para cualquier SUSTANCIA PURA

16Principales Lneas de la Campana de Vapor 17 Considere 1 kg de Agua en un dispositivo cilindro pistn:

P=0.1 MPaT=20

Pesas

Al agregarle calor por medio de un quemador de Bunsen, la temperaturaSe incrementa. Al llegar a un valor de 99.6 C se observa la formacin de vapor Sobre la superficie libre del agua.

17 18 Temperatura de Saturacin: Designa la temperatura a la cual se da un cambio de fase a una presin dada. Presin de Saturacin: Es la Presin a la cual comienza el cambio de fase a la temperatura de saturacin. Liquido Subenfriado o Comprimido: La regin que esta a la izquierda de la lnea de liquido saturado. Liquido saturado: La lnea curva que separa la regin liquida de la zona de vapor +liquido se llama lnea de liquido saturado Vapor Saturado: La lnea curva que separa la regin de vapor con la zona de vapor +liquido se llama lnea de vapor saturado Vapor Sobrecalentado: La regin que esta a la derecha de la lnea de vapor saturado se llama Zona de vapor Sobrecalentado

18 Punto Critico:

Punto triple: El punto de corte de la lnea de vaporizacin con la de fusion es un estado donde coexisten en equilibrio las tres fases

Calidad: Es la relacin entre la masa de vapor y la masa total del sistema en la regin bifsica y se define por la formula:

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19 Diagrama de Fases de la Sustancia Pura

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20 USO DE TABLAS DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS Y PROPIEDADES INDEPENDIENTES:

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21INTERPOLACION LINEAL DE UNA VARIABLE INDEPENDIENTE En una tabla se representan algunos valores de la funcin, pero no todos, en ocasiones nos interesa el valor de la funcin para un valor de la variable independiente distinto de los que figuran en la tabla, en este caso podemos tomar el ms prximo al buscado, o aproximarnos un poco ms por interpolacin, la interpolacin casi siempre nos dar un pequeo error respecto al valor de la funcin verdadero, pero siempre ser menor que tomar el valor ms prximo de los que figuran en la tabla, veamos cmo se calcula al valor de la funcin para un valor de la variable independiente que se encuentre entre dos valores de la tabla por interpolacin lineal. De la tabla se sabe que: y

se desea conocer

siendo 22

22 23

Temperatura de entrada23 24

TemperaturaPresinPropiedades24