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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