V I E R N E S , 5 D E J U N I O D E 2 0 0 9

DIAGRAMAS DE PROPIEDADESPublicado por Ing.Frank CepedaPara comprender de forma completa el comportamiento de las

sustancias puras es necesario tener en cuanta los diagramas de

propiedades. Estos diagramas son tres: el diagrama Temperatura vs.

Volumen específico (T-v), el diagrama Presión vs. Volumen específico

(P-v) y el diagrama Presión vs. Temperatura (P-T).

Estos diagramas son extraídos de las proyecciones sobre los planos

que determinan los ejes de las llamadas superficies P-v-T. Y se dice

superficies por el simple hecho de que no es una sino dos, la

superficie para una sustancia que se contrae al congelarse y la

superficie para la sustancia que se expande al congelarse.

Como es de esperarse, los diagramas varían de acuerdo a si la

sustancia se contrae o se expande cuando se congela, pero de dichas

variaciones se hablará más adelante.

Diagrama T-v

S E G U I D O R E S

PA R A R E F L E X I O N

Walt Disney dijo una vez: ‘ En estelugar perdemos demasiado tiempomirando hacia atrá s. Camina haciael futuro, abriendo nuevas puertas yprobando cosas nuevas. Sé curioso...porque nuestra curiosidad siemprenos conduce por nuevos caminos’ .

¿ Está s listo para hacer frente a estenuevo año con la determinación deno aferrarte al pasado y caminarhacia el futuro, aunque a veces elcamino sea un poco empinado?

R E S P U E S TA S

► 2010 (1)

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T E R M O D I N Á M I C A

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En este diagrama se pueden apreciar inicialmente tres regiones: la

región de líquido comprimido, que es la región a la izquierda de la

campana, la región de vapor sobrecalentado que es región a la

derecha de la campana y la región de Líquido + Vapor saturados que

es aquella que se halla dentro de la campana. La que se encuentra

marcada como línea de P constante es toda la línea que comienza en

la región de líquido comprimido, pasa por dentro de la campana y

termina en la región de vapor sobrecalentado. No es solo el último

segmento sino la línea completa.

Nótese el carácter ascendente que tiene la línea de presión constante

de izquierda a derecha, ya que en el diagrama P-v, ésta no sube sino

que baja.

A la línea que pertenece a la campana y baja hacia la izquierda del

punto crítico la podemos llamar línea de líquido saturado, y a la línea

que baja hacia la derecha del punto crítico la podemos llamar línea de

vapor saturado.

Es importante mencionar que la campana está formada por los puntos

de líquido saturado y de vapor saturado de infinitas líneas de presión

constante, de modo que el que se presenta en el gráfico es solo un

caso particular a cierta T y P determinadas.

Diagrama P-v

▼ 2009 (14)

► noviembre (1)

► octubre (2)

► julio (1)

▼ junio (8)

CALOR.

Trabajo

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD Z

GASES IDEALES

DIAGRAMAS DE PROPIEDADES

TABLAS DE PROPIEDADES

TABLAS DE PROPIEDADES

PROPIEDADES DE UN SISTEMA

► mayo (2)

D A TO S P E R S O N A L E S

ING.FRA NK

CEPEDA

Ingeniero mecánico graduado en la

Universidad de Carabobo

V ER TODO M I PERFIL

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En comparación con el diagrama T-v, este diagrama tiene dos

grandes diferencias. La primera es que la línea que era de presión

constante pasa a ser una línea de temperatura constante, y la

segunda, que dicha línea desciende de izquierda a derecha en lugar

de ascender.

Diagrama P-T

Este diagrama también se conoce como diagrama de fase porque es

posible identificarlas al estar separadas por tres líneas. La línea de

sublimación es la que separa la fase sólida de la fase vapor, la de

vaporización separa la fase líquida de la fase vapor y la línea de

fusión separa la fase sólida de la fase líquida. Nótese que hay una

desviación en la línea de fusión dependiendo de si la sustancias se

expande o se contrae al congelarse.

Las tres líneas antes mencionadas convergen en el punto triple, el

cual es el estado en el cual las tres fases de una sustancia pueden

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coexistir en equilibrio, es un estado donde se puede tener hielo,

líquido y vapor al mismo tiempo.

EN 6/05/2009

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C O N T E N I D O D E T E R M O D I N A M I C A I I

OBJETIVO GENERALResolver problemas del área térmica por medio de la aplicación de lasleyes y conceptos fundamentales de la termodinámica.

SINOPSIS DE CONTENIDOCon esta asignatura se complementan los conocimientos adquiridosen Termodinámica I profundizando en la aplicación de las leyesfundamentales de termodinámica para la resolución de problemas enel área térmica. La asignatura consta de cinco (5) unidades:UNIDAD 1: Gases reales y relaciones termodinámicas.UNIDAD 2: Combustión.UNIDAD 3: Ciclos de potencia.UNIDAD 4: Psicrometría.UNIDAD 5: Ciclos de refrigeración.

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS GENERALES· Diálogo Didáctico Real: Actividades presenciales (comunidades deaprendizaje), tutorías y actividades electrónicas.· Diálogo Didáctico Simulado: Actividades de autogestión académica,estudio independiente y servicios de apoyo al estudiante.

C O N T E N I D O D E T E R M O D I N A M I C A I I

UNIDAD 1: GASES REALES Y RELACIONES TERMODINÁMICAS

1.1 Gases reales: Comportamiento PVT. Cartas generalizadas.1.2 Relaciones termodinámicas: Relación de Maxwell. Ecuación deClapeyron. Cambio de energía interna, entalpía y entropía paramezcla de gases ideales. Fugacidad

UNIDAD 2: COMBUSTIÓN

2.1 Combustión: Combustibles, tipos y propiedades. Proceso decombustión. Análisis de los productos de la combustión. Entalpia deformación. Primera ley aplicada a procesos de combustión.

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Temperatura de flama adiabática. Entalpía y energía interna de calorde reacción combustión. Segunda ley aplicada a procesos decombustión. Consideraciones acerca de los procesos reales decombustión.

UNIDAD 3: CICLOS DE POTENCIA

3.1 Ciclos de potencia: Ciclos de potencia: Ciclo Rankine, ciclo derecalentamiento, ciclo regenerativos, ciclo Otto, ciclo Diesel, ciclossobrealimentados, ciclo Brayton, ciclo Brayton con regeneración, ciclode turbina de gas con múltiples etapas de compresión, coninterenfriamiento, y expansión con recalalentamiento ciclo deimpulso por reacción.

UNIDAD 4: PSICOMETRÍA

4.1 Mezcla aire-vapor de agua y sus propiedades: modelosimplificado. Primera ley aplicada a mezcla “aire – vapor de agua”.Procesos psicrométricos más comunes: calentamiento sensible,saturación adiabática, calentamiento, enfriamiento, procesoadiabático, secado adiabático. Temperatura de bulbo húmedo y debulbo seco. Mezclas reales y propiedades pseudo-críticas. Diagramapsicrométrico. Procesos sobre diagrama psicrométrico.

UNIDAD 5: CICLOS DE REFRIGERACIÓN

5.1 Ciclo de refrigeración por compresión de un vapor. Ciclo derefrigeración por absorción de amoníaco. Ciclo de aire derefrigeración.

C O N T E N I D O D E L A M A T E R I A T E R M O D I N A M I C A I

OBJETIVO GENERALAplicar las leyes fundamentales de latermodinámica en el estudio de los sistemas termodinámicos.-SINOPSIS DE CONTENIDOEsta asignatura introduce al estudiante en elanálisis de los sistemas termodinámicos mediante la aplicación de lasleyes fundamentales de la termodinámica. La asignatura se divide enseis (6) unidades que se especifican a continuación:UNIDAD 1: Definiciones y conceptos fundamentales.UNIDAD 2: Propiedades termodinámicas.UNIDAD 3: Gases ideales.UNIDAD 4: Calor y trabajo.UNIDAD 5: Primera ley de la termodinámica.UNIDAD 6: Segunda ley de la termodinámica.

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C O N T E N I D O D E L A M A T E R I A T E R M O D I N A M I C A

UNIDAD 1: DEFINICIONES Y CONCEPTOS FUNDAMENTALESLa termodinámica desde el punto de vista de energía y entropía.Estudio de la materia desde el punto de vista macroscópico. Enfoquemacroscópico de la termodinámica. Conceptos de sistema continuo.Dimensiones primarias y secundarias. Sistemas de unidades.Sistemas Internacional (SI), Sistema Inglés de Ingeniería. SistemaMétrico de Ingeniería. Sistema y volumen de control. Propiedades yestados de una sustancia. Proceso y ciclo.

UNIDAD 2: PROPIEDADES TERMODINÁMICASConceptos termodinámicos de presión y temperatura. Ley cero de latermodinámica. Escala de temperatura. Volumen específico.Sustancia pura. Conceptos fundamentales sobre equilibrio de fasesde una sustancia pura. Propiedades de una sustancia compresiblesimple. Compresibilidad isobárica e isotérmica. Energía interna.Entalpía. Calores específicos a presión y volumen constante. Uso detablas y gráficos de propiedades termodinámicas.

UNIDAD 3: GASES IDEALESEcuación de gas ideal. Gases ideales. Mezcla de gases ideales. Ley deBoyle. Ley de Charles. Ley de Avogadro. Experimento de Joule.Ecuaciones de estado para gases densos. Gases reales. Factor decompresibilidad. Ecuación de Van Walls. Ecuación de Radlich y Kwong.Ecuación de Beattie-Bridgeman.

UNIDAD 4: CALOR Y TRABAJODefinición de Trabajo. Unidad de trabajo. Expresiones de trabajopara sistemas con límite móvil, tanto termodinámicos como de otraclase. Definición de calor. Comparación entre calor y trabajo.

UNIDAD 5: PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICAPrimera Ley de la termodinámica para un sistema que sigue un ciclo.Aplicación de la Primera Ley para sistemas cerrados constante.Procesos Isotérmicos. Procesos Adiabáticos. Procesos Politrópicos.Primera Ley para sistemas abiertos. Procesos de flujo permanente.Primera Ley para un volumen de control. Procesos de estado estable yflujo estable. Procesos de estado uniforme y flujo uniforme.

UNIDAD 6: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICAMáquinas térmicas y refrigeradoras. Postulados de Kelvin-Plank.Teorema de Claussius. Procesos reversibles y factores que le afectan.Ciclo de Carnot. Concepto de entropía. Diagramas temperatura-entropía. Proceso isoentrópico. Relación de la entropía con otraspropiedades termodinámicas. Relaciones isoentrópicas para gasesperfectos. Segunda Ley de la termodinámica. Aplicación de laSegunda Ley a sistemas cerrados. Cambios de entropía en sistemascerrados durante procesos irreversibles. Producción de entropía.

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Principios de incremento de la entropía. Aplicaciones de la SegundaLey a un volumen de control.

B I B L I O G R A F Í A

·Cengel, Y. y Boles, M. (2006) Termodinámica. Quinta Edición. McGraw-Hill.· Faires, V. Termodinámica. Uteha.· Holman J.P. Termodinámica. Mc Graw-Hill.· J Keenan, J. y Keyes, G. Tabla de Gases John Wiley and Sons Inc.· Keenan, J. y Keyes, G. Propiedades Termodinámicas del Vapor deAgua. John Wiley and Sons Inc.· Keenan, J. y Keyes, G. Tablas de Vapor. John Wiley and Sons Inc.·Somtag, R y Van Wylen, G.Introducción a la Termodinámica Clásica y Estadística. Limusa.Van Wylen, G.. Fundamentos de Termodinámicas. Limusa.

T U R B I N A

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C I C L O R A N K I N E

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P R O C E S O D E C O M B U S T I O N

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S E G U N D A L E Y D E L A T E R M O D I N A M I C A

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