Termodinmica
Tcnica
Termodinmica Tcnica
Tema 1. Introduccin
Desarrollar los conceptos ydefiniciones fundamentales parael estudio de la TermodinmicaTcnica
Objetivo
Termodinmica Tcnica
En Termodinmica:
Sistema: objeto de anlisis o de estudio.
Sistema: regin o porcin del universoaislada o separada para su estudio.
SISTEMA
Medio circundante
o Alrededores
Frontera
Sistema
Termodinmica Tcnica
Fronteras: Lmites que envuelven a nuestrosistema.
Medio circundante, entorno, alrededores:
Regin que rodea al sistema
SISTEMA
Medio circundante
o Alrededores
Frontera
Sistema
Termodinmica Tcnica
Clasificacin de las fronteras
FRONTERAS
Rgidas
Mviles
Tanque rgido
Gas
Frontera
Gas
Frontera
Cilindro - pistn
Tubera
FronteraFluido
Reales
Imaginarias
Termodinmica Tcnica
Clasificacin de las fronteras
FRONTERAS
Adiabticas
Diatrmicas
Impermeables
Semipermeables
Permeables
No dejan pasar el calor
Dejan pasar el calor
Permiten el paso de materia
No permiten el paso de materia
Permiten el paso de materiaslo hacia un lado
Termodinmica Tcnica
Cerrado o masade control
No intercambia materia con el entorno (masa constante) Slo intercambia energa con el entorno
Sistema cerrado
energaenerga
TIPOS
DE
SISTEMAS
Abierto o volumende control
A travs de su frontera semueve un flujo de masa
masamasa
Sistema abierto
energaenerga
Termodinmica Tcnica
AisladoTIPOS
DE
SISTEMAS
Adiabtico
No intercambia materia, nienerga con el entorno
Sistema aislado
energamasa
No intercambia calor con el entorno
masa
Sistema adiabtico
trabajocalor
Termodinmica Tcnica
Sustancia pura y Fases
Sustancia pura: Aquella quemantiene una composicin qumicauniforme e invariable.
Fase: Cantidad de materia quepresenta una composicin qumica yuna estructura fsica homognea entoda su extensin.
Termodinmica Tcnica
Fases
Un sistema puede contener una o ms fases.
Sistema de gas o de lquido
Ejemplos:
Sistema lquido -vapor
Lmite de fases
V
L
Sistema slido -lquido - vapor
V
L
SLmite de fases
Termodinmica Tcnica
Fases y Mezclas
Mezclas de gases
Siempre una nica fase
gaseosa
Una sustancia decomposicin qumica y fsica homognea.
Mezcla de gases (A y B)
A+B
Termodinmica Tcnica
Fases y Mezclas
Mezclas de lquidos
Pueden tener una o varias fases lquidas
No siempre forman una sustancia decomposicin qumica y fsica homognea.
Mezcla de agua y alcohol
Una fase
Mezcla de agua y queroseno
Dos fases
Termodinmica Tcnica
Cambios de fase
Gas
Lquido
Slido
Condensacin
Solidificacin
Vaporizacin
Fusin
Sublimacin
Termodinmica Tcnica
Propiedades termodinmicas
Parmetros descriptivos del sistema
conocer el estado del sistema
conocer los cambios que han ocurrido
poder realizar los anlisis termodinmicos
Ejemplos: presin, temperatura, densidad, etc.
Termodinmica Tcnica
Clasificacin de las propiedades
termodinmicas
Intensivas Extensivas
Termodinmica Tcnica
Propiedades extensivas
y1y2 y3
i
iyy
son aditivas y son valores totales, que dependen del tamao del sistema
dependen de la masa total del sistema
pueden cambiar en el tiempo
Ejemplos: Masa, volumen, energa, etc.
Termodinmica Tcnica
Propiedades intensivas
y1y2 y3 iyyyyy 321
no dependen del tamao o extensin del sistema. Son independientes de la masa.
pueden variar de punto a punto del sistema en un instante dado
son funcin de la posicin y del tiempo
Ejemplos: presin, temperatura, densidad, etc.
Termodinmica Tcnica
EstadoEl estado de una sustancia o sistema se define por el valor de sus propiedades
Estado de una sustancia pura
(lquida o gaseosa)
Ejemplo
dos propiedades intensivas
independientes
Todas las dems propiedades de la sustanciaestn fijadas
Siempre que se llegue a ese estado todas laspropiedades tendrn igual valor
Termodinmica Tcnica
Equilibrio termodinmico
Las propiedades sonuniformes en todo elsistema y constantesen el tiempo
p ; T ; m ;
Entorno
uniformesyconstantes
sistema
Equilibrio completo
Equilibrio trmicoEquilibrio mecnicoEquilibrio qumicoEquilibrio de fases
Termodinmica Tcnica
Proceso
Si un sistema abandona el equilibrio
cambios en las propiedades
cambio de estado
PROCESO
Proceso o transformacin cuando el sistema cambia de un estado a otro
Termodinmica Tcnica
Proceso
1
2
p
VV1 V2
El sistema slo cambia de estado si haytransferencia de energa con el mediocircundante
Proceso cuasiesttico o cuasi-equilibrio
Termodinmica Tcnica
Aquel en que los estados inicial y final coinciden
Proceso cclico
p
V
Termodinmica Tcnica
Sistemas de Unidades
En SI para cantidad de sustancia se usa mol (kmol)
Termodinmica Tcnica
Sistemas de Unidades
Tabla. Mltiplos y prefijos de unidades aceptados por el SI.
Mltiplo Prefijo Smbolo Mltiplo Prefijo Smbolo
10-18
atto a 10 deca da
10-15
femto f 102 hecto h
10-12
pico p 103 kilo k
10-9
nano n 106 mega M
10-6
micro m 109 giga G
10-3
mili m 1012
tera T
10-2
centi c 1015
peta P
10-1
deci d 1018
exa E
Termodinmica Tcnica
Sistemas de Unidades
Tabla. Unidades del Sistema del Ingls Absoluto
Magnitud Unidad Smbolo
Longitud pie ft
Masa libra lb
Tiempo segundo s
Fuerza (F = ma) poundal=1lb ft/s2 poundal
1 ft =0,3048 m ; 1 kg=2,20462 lb
Para la cantidad de sustancia se usa lbmol
Termodinmica Tcnica
Sistemas de Unidades
Tabla. Unidades de los Sistemas Tcnicos MKS e Ingls
Sistema MKS Sistema Ingls
Magnitud Unidad Smbolo Unidad Smbolo
Longitud metro m pie ft
Fuerza kilogramo fuerza kgf libra fuerza lbf
Tiempo segundo s segundo s
Masa
(Incompatible)
kilogramo masa kgm libra masa lbm
Termodinmica Tcnica
Densidad ( r )
r
V
m
VpVlim
rV
dVm
V
mdV
V Vmedia rr
1
SI [kg/m3 ], [g/cm3] Sistema ingls [lb/ft3]
funcin continua de la posicin y del
tiempo r=f(x,y,z,t) por tanto, es una propiedad intensiva
Masa Densidad media
Termodinmica Tcnica
Volumen especfico ( v )
r
1v
m
Vv
mediamedio
r
1Mv
n
Vv
[m3/kmol]
[ft3/lbmol]
SI [m3/kg], [cm3/g] Sistema ingls [ft3/lb ]
expresa el volumen ocupado por la unidad de masa es una propiedad intensiva puntual
Vol. esp. medio Vol. esp. molar
Termodinmica Tcnica
Presin
Propiedad intensiva
Fnormal
Fnormal
Fnormal
Fnormal
Fnormal
Ap
Fluido
Vp
A
Fp normal
ApAlim
la presin es la misma en todas las direcciones siempre que el fluido permanezca en reposo
Termodinmica Tcnica
Presin
Unidades
SI 1 Pa=1 N/m2; 1 bar=105Pa
1 MPa=103 kPa=106 Pa
Sistema de Unidades Inglesas
lb/in2
Sistema Tcnico
kg/cm2 ; kg/m2
Termodinmica Tcnica
Presin
Otras unidades
1 atmsfera estndar (atm)
1 atm = 760 mm de Hg =29,92 pulg de Hg
1 atm = 1,01325 bar = 1,033 kg/cm2
=14,696 lb/in2
Termodinmica Tcnica
Presin
En Termodinmica: presin absoluta
patm(abs)
pman
psistema(abs)
pvacio
psistema(abs)
Cero
presin
Presin del sistema mayor que la atmosfrica
Presin del sistema menor que la atmosfrica
Termodinmica Tcnica
PresinMedidores de presin:
Piezoelctricos Diafragma
Manmetro tipo tubo en U Bourdon Barmetros (patm.)
Termodinmica Tcnica
Temperatura
Temperatura es una medida de la energacintica media de traslacin de las molculasdel cuerpo
Teora cintico molecular
1.Este acercamiento microscpico desde el punto de vista prctico ingenieril es muy limitado.
2.Temperatura es difcil, sino imposible de definir a partir de otros conceptos definidos independientes.
?
Termodinmica Tcnica
Temperatura
A B
Se ponen en contacto y seaislan del entorno Interaccionan hasta que laspropiedades dejan de variar yse mantienen constantes Equilibrio trmico
Conclusin: Existe una propiedad que determinacuando los cuerpos estn en equilibrio trmico.
Igualdad de temperaturas entre cuerpos
A BA y B, uno ms caliente que el otro (sensorial)
Temperatura A y B en equilibrio TA=TB
Termodinmica Tcnica
SISTEMA1
SISTEMA2
SISTEMA3
Equilibriotrmico
Equilibriotrmico
Equilibriotrmico
Ley cero de la Termodinmica
Termodinmica Tcnica
Temperatura
Ley Cero de la Termodinmica
Cada T est asociada a unvalor de otras propiedadesdel sistema, como V, Reltrica,etc.
permiten medir la T por medio de los termmetros
Termodinmica Tcnica
Temperatura
Termmetros: dispositivos que emplean unasustancia (termomtrica) que posee por lo menosuna propiedad variable con la temperatura
Lquido en bulbo (volumen): muy preciso Gas a volumen constante (H2, He) (presin); Termopares (fem); Termistores y termmetros de resistencia
(resistencia elctrica);
Pirmetros (radiacin trmica)
Tipos de termmetros
Termodinmica Tcnica
TemperaturaKelvin (K) Celsius (oC) Rankine (oR) Fahrenheit (oF)
-459,67
32,00
212,00
0,00
491,67
671,67
0,00
273,15
373,15
-273,15
0,00
100,00Punto de vapor
Punto de hielo
Cero absoluto
Termodinmica Tcnica
Temperatura
Celsius T(C) = T(K) - 273,15
Rankine T(R) = 1,8.T(K)
Fahrenheit T(F) = T(R) - 459,67T(F) = 1,8.T(C) + 32
Conversin
Termodinmica Tcnica
Factores de ConversinSI Sistema Ingls
Masa y Densidad
1 kg = 2,2046 lb
1 g/cm3 = 103 kg/m3
1 g/cm3 = 62,428 lb/ft3
1 lb = 0,4536 kg
1 lb/ft3 = 0,01602 g/cm3
1 lb/ft3 = 16,018 kg/m3
Longitud 1 cm = 0,3937 in
1 m = 3,2808 ft
1 in = 2,54 cm
1 ft = 0,3038 m
Velocidad 1 km/h = 0,62137 milla/h 1 milla/h = 1,6093 km/h
Volumen
1 cm3 = 0,0611024 in3
1 m3 = 35,315 ft3
1 l = 10-3 m3
1 l = 0,0353 ft3
1 in3 = 16,387 cm3
1 ft3 = 0,02832 m3
1 gal = 0,13368 ft3
1 gal = 3,7854.103 m3
Fuerza1 N = 1 kg.m/s2
1 N = 0,2248 lbf
1 lbf = 32,174 lb.ft/s2
1 lbf = 4,448 N
Presin
1 Pa = 1 N/m2 = 1,4504.10-4
lbf/in2
1 bar = 105 Pa
1 atm = 1,01325 bar
1 lbf /in2 = 6894,8 Pa
1 lbf/in2 = 144 lbf/ft2
1 atm = 14,696 lbf/in2
Termodinmica Tcnica
Energa
1 J = 1 N.m = 0,73756 lbf.ft
1 kJ = 0,9478 Btu
1 kJ/kg = 0,42992 Btu/lb
1 lbf.ft = 1,35582 J
1 Btu = 778,17 lbf.ft
1 Btu = 1,0551 kJ
1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg
1 cal = 4,1868 J
Calor
Especfico
1 kJ/kg.K = 0,238846 Btu/lb.R
1 kcal/kg.K= 1 Btu/lb.R
1 Btu/lb.R = 4,1868
kJ/kg.K
Potencia1 W = 1 J/s = 3,413 Btu/h
1 kW = 1,341 hp
1 Btu/h = 0,293 W
1 hp = 2545 Btu/h
1 hp = 550 lbf.ft/s
1 hp = 0,7457 kW
Top Related