asignacion 1 termo completa

8/17/2019 Asignacion 1 Termo Completa

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Universidad Tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Ingeniería Electromecánica

Producción de la energía eléctricaAsignación #1

Tema: conceptos y defniciones undamentales entermodinámica

Proesor:

Estudiantes: !avier "artíne# 8-889-132$íctor %ampos

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Introducción

Nuestro trabajo se basa en un resumen acerca de la introducción de concepto

y definiciones que veremos en todo el curso de la termodinámica, esto en más

que nada una herramienta de estudio para facilitar el conocimiento. La

termodinámica es una ciencia bastante amplia y si no se entiende bien la parteconceptual no podremos llegar a desarrollar la parte práctica de esta.


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Introducción y conceptos básicos

En este capítulo se hace énfasis sobre lo que es la termodinámica como

ciencia y analizamos ciertos conceptos de gran importancia para latermodinámica y se presentan ciertas técnicas de desarrollo a problemas

relacionados al tema de la termodinámica en base a ingeniería.

Termodinámica y energía

El termino Termodinámica de procedencia griega, therme (calor) y dynamis

(fuerza) se le define como la ciencia de la energía, la cual se considera a

energía como la capacidad de causar cambios. La termodinámica no es más

que esfuerzos de conertir el calor en energía, también incluye lo que es

aspectos de energía, transformaciones, generaci!n de potencia, refrigeraci!n yrelaciones entre propiedades de la materia.

"lgunas de las leyes más importantes de la naturaleza son#

El principio de la conservación de la energía, este nos dice que la energía

no se crea ni se destruye y se e$presa como#

Eentrada % Esalida & 'E

La primera ley de la termodinámica, es una e$presi!n del principio de la

energía que nos dice que la energía es una propiedad termodinámica

La segunda ley de la termodinámica, la energía tiene calidad así como

cantidad, y los procesos reales ocurren hacia donde disminuye la calidad de la

energía.

Las sustancias se constituyen por partículas llamadas moléculas y sus

propiedades dependen de dicha partícula.

"l enfoque de la termodinámica en el que no necesitamos er el

comportamiento de partículas se le llama termodinámica clásica y al enfoque

de partículas en la termodinámica se le conoce como termodinámica

estadística.

Áreas de aplicación de la termodinámica

La termodinámica es aplicada prácticamente en todo lo que realizamos ya sea

nuestro cuerpo, el medio donde iimos o en áreas de industrias y fabricaci!n

de maquinarias y herramientas tiles en nuestra ida diaria, se puede decir que

en cada cosa que hacemos puede e$istir termodinámica.

Sistemas cerrados y abiertos


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Los sistemas no son más que una cantidad o regi!n definida para el análisis de

materia. " toda la masa fuera de esta regi!n se le llamaría alrededores y la

regi!n se limita por paredes ya sean imaginarias o reales a las que llamamos

fronteras. Estas fronteras podrían ser fias o m!iles y para el cálculo

matemático decimos que son despreciables, !sea iguales a * de espesor.

Los sistemas cerrados (masa de control) son aquellos en que la masa tomada

en cuenta no puede cruzar las fronteras pero sin embargo la energía si se

puede cruzar y el olumen no necesariamente debe ser fio. E$iste un tipo de

sistema especial al que se le nombra sistema aislado y a diferencia del sistema

cerrado este no puede dear pasar energía a traés de las fronteras.

Los sistemas abiertos (olumen de control), son regiones definidas en el

espacio que estudian dispositios que permiten el fluo másico quiere decir que

en este sistema si se permite que la masa y la energía crucen las fronteras de

el olumen de control. +n olumen de control se puede tomar en cualquier

regi!n del espacio ya que esta no tiene reglas definidas pero siempre hay que

hacerlo de manera apropiada para poder facilitar el desarrollo de problemas.

En el olumen de control las fronteras pueden ser fias o imaginarias ya que

hay dispositios que tiene salidas y aquí se tomaría dicha salida como una

frontera imaginaria. "demás un olumen de control también puede ser fio o

m!il en tamao y puede haber interacci!n de masa, calor e interacci!n de

masa.

Propiedades de un sistemaEn un sistema se le llama propiedad a cualquier característica que esté

presente entre ellas se puede mencionar presi!n, temperatura, olumen y

masa, se pueden mencionar otras pero son secundarias con respecto a las ya

mencionadas.

E$isten propiedades e$tensias e intensias, las intensias no dependen del

sistema sin embargo las e$tensias sí. " las intensias las denotamos con

letras minsculas y a las e$tensias con letra mayscula.

" las propiedades e$tensias por unidad se le llaman propiedades específicas.

-e le llama continuo cuando tomamos una materia como si no e$istieran

huecos y de manera homogénea la cual nos coniene, pero solo se puede

aplicar cuando el tamao del sistema es grande en relaci!n con el espacio

entre moléculas de la sustancia analizada.

Densidad y densidad relativa

Densidad: masa por unidad de olumen.


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-e da en g/m0

1olumen específico# reciproco de la densidad, se define como olumen por

unidad de masa.

La densidad depende de temperatura y presi!n, en la mayoría de los gases es

proporcional a la presi!n e inersamente proporcionas a la temperatura.

En los s!lidos y líquidos la densidad prácticamente no aría ya que estos por

ser incompresibles dependen más de la temperatura que de la presi!n

Densidad relativa o gravedad específica: se define como el cociente de la

densidad de una sustancia entre la densidad de alguna sustancia estándar auna temperatura especificada.

El peso de un olumen unitario de una sustancia se llama peso específico.

Estado y equilibrioEn un sistema que no e$perimenta ningn cambio se dan ciertas propiedades

que se pueden medir y describe la condici!n del estado, pero en un estado

específico si alguna propiedad del sistema cambia ya todo el estado cambia y

pasa a ser uno nueo.

En termodinámica se tratan estados en equilibrio la cual estos no presentan

ariaciones en el sistema y no muestra cambios a sus alrededores. E$isten

arios tipos de equilibro como lo son#

2 Equilibrio térmico# cuando todo el sistema mantiene la misma

temperatura.2 Equilibrio mecánico# cuando no e$isten cambio en ninguno de sus

puntos con respecto a la presi!n, pero sin embargo puede presentar

ariaciones en el interior del sistema por causa de efectos

graitacionales.2 Equilibrio químico# si no e$isten reacciones químicas o su composici!n

química no aría con el paso del tiempo.

Postulado de estado


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Es utilizado para encontrar las propiedades requeridas para fiar el estado en

que se encuentra ya que no se necesita conocer todas las propiedades para

saber de qué estado estamos hablando, cierta cantidad de propiedades no

ayudan a deducir todas las demás.

+n sistema compresible simple se denota cuando carece de efectos eléctricos,magnéticos, graitacionales, de moimiento y tensi!n superficial.

El postulado de estado requiere de 3 propiedades específicas de forma

independientes para fiar un estado.

Procesos y ciclos

+n proceso no es más que un cambio de estado en equilibrio a otro, y una

trayectoria son los cambios de estados que ocurren en el proceso del sistema.

+n proceso de describe tomando en cuenta un estado inicial y un estado final

en el sistema y también la trayectoria e interacciones con los alrededores del

sistema.

4uando un proceso se desarrolla de forma muy cercana a un estado de

equilibrio le llamamos proceso cuasi estático o de cuasi equilibrio y se da de

manera muy lenta.

El proceso de cuasi equilibrio no es una representaci!n de un proceso real,

pero e$isten procesos muy apro$imados que se pueden modelar como

procesos de cuasi equilibrio.

Este tipo de proceso es muy utilizado ya que facilitan el análisis y de obtiene

meor rendimiento en los dispositios que producen trabao. E$isten diagramas

de proceso que nos permiten isualizar lo proceso de manera más fácil y para

ser realizados se necesitan propiedades como temperatura, presi!n y olumen.

Los procesos de cuasi equilibrio se denotan por una línea continua, en cambio,

sino tiene cuasi equilibrio seria discontinua.

E$isten diferentes procesos que son#

2 5roceso isotérmico# en este la temperatura permanece constante.2 5roceso isobárico# en este la presi!n permanece constante.2 5roceso isométrico o isocorico# en este el olumen específico

permanece constante.

-e dice que un ciclo se trata de que en un proceso el estado final sea igual al

estado final.


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Proceso de fluo estacionario

Estacionario significa que no e$iste cambio en el tiempo y uniforme que no hay

cambio en ninguna ubicaci!n específica.

El proceso de fluo estacionario se define como el proceso en el que el fluidofluye de manera estacionaria por un olumen de control. Es decir que las

propiedades de un fluo pueden tener cambios pero en alguna parte tiene que

mantenerse sin cambio.

Procesos y Ciclos

+n proceso es cualquier cambio de estado de equilibrio a otro e$perimentado

por un sistema. 5ara conocer y describir correctamente un proceso es

necesario especificar sus estados inicial y final, así como la trayectoria que

sigue y las interacciones con los alrededores.

El cuasi equilibrio o proceso cuasi estático se da cuando en un proceso el

sistema permanece infinisimalmente cerca de un estado de equilibrio,

permitiéndole al sistema austarse internamente para que las propiedades de

sus partes cambien uniformemente. Entre las razones por la cual los ingenieros

se interesan en este tipo de procesos son# su facilidad de análisis y porque los

dispositios que producen trabao obtienen un mayor rendimiento cuando se

efectan con sistemas de cuasi equilibrio. "demás, aunque estos no

correspondan a una funci!n autentica de un proceso real, muchos procesos de

acercan bastante y es admisible considerarlos como de cuasi equilibrio (con unmargen de error insignificante).

5or otra parte, un ciclo es cuando un sistema ha e$perimentado regresar a su

estado inicial al final del proceso o en otras palabras el sistema tiene el mismo

estado inicial y final.

Temperatura y Ley Cero de la Termodinámica

1arias propiedades de los materiales cambian con la temperatura de una

manera repetible y predecible, y esto establece una base para la medici!n

precisa de la temperatura. El equilibrio térmico es el punto donde se detiene la

transferencia del calor entre dos cuerpos.

La ley cero de la termodinámica establece que si dos cuerpos se encuentran en

equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí. Esta ley

fue formulada por primera ez en 6706 por 8.9 :o;ler.

" traés del tiempo se han introducido para las mediciones de temperatura

ciertas escalas que permiten usar una base comn para todas las mediciones

de temperatura. "ctualmente, en el sistema -< y el -+E+ la escala utilizada es

la escala 4elsius y la escala :ahrenheit. " la escala 4elsius se le asignaron a


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los puntos de hielo y de apor los alores de * y 6**=4 y en la segunda 03 y

363=:.

En termodinámica es coneniente utilizar una escala de temperatura

independiente de las propiedades de cualquier sustancia o sustancias, por eso

se utiliza una tercera escala llamada escala de temperatura termodinámica oescala >elin en el -.

?tras escalas utilizadas son el 8anine en el -+E+ y la escala de temperatura

del gas ideal, la cual es casi idéntica al >elin.

Presión

5resi!n es definida como la fuerza normal que eerce un fluido por unidad de

área. 4abe sealar que en este caso se habla de presi!n solo cuando se tratade un gas o de un líquido, mientras que lo contrario a presi!n en solidos es el

esfuerzo normal. La primera tiene como unidad de medida el @e;ton por metro

cuadrado o 5ascal, pero también se utilizan otras tres unidades de presi!n

como el bar, la atmosfera estándar y el ilogramo fuerza por centímetro

cuadrado.

La presi!n erdadera o real en una determinada posici!n se llama presi!n

absoluta y se mide respecto al acío absoluto o presi!n cero absoluta. La

diferencia entre la presi!n absoluta y la presi!n atmosférica local es llamada

presi!n manométrica, mientras que las presiones por debao de la atmosféricase conocen como presiones de acío.

-uele dar la impresi!n de que la presi!n es un ector pero este en cualquier

punto de fluido es la misma en todas las direcciones, es decir tiene magnitud

pero no direcci!n y por lo tanto es una cantidad escalar.

En cuanto a la ariaci!n de la presi!n con la profundidad, esta incrementa

debido a que una mayor cantidad de este descansa sobre las capas más

profundas y el efecto de ese peso e$tra en una capa inferior se equilibra

mediante un aumento de presi!n.

anómetro

El Aan!metro es un dispositio utilizado para medir diferencias de presi!n

pequeas y moderadas, este se basa principalmente en un tubo de idrio o

plástico en + que contiene uno o más fluidos como mercurio, agua, alcohol y

aceite.

Auchos problemas de ingeniería y algunos man!metros tienen que er con

arios fluidos inmiscibles de densidades diferentes apilados unos sobre otros.

Este tipo de sistemas se pueden analizar fácilmente recordando que 6) el


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cambio de presi!n en una columna de fluido de altura h es B5& rgh, 3) la

presi!n se incrementa hacia abao en un determinado fluido y disminuye hacia

arriba (es decir, 5fondo

5parte superior ) y 0) dos puntos a la misma eleaci!n en un fluido continuo en

reposo están a la misma presi!n.

?tro tipo de dispositio mecánico de medici!n de presi!n de uso comn es el

tubo de Courdon. Este instrumento consiste en un tubo metálico hueco y

curado como un gancho, cuyo e$tremo está cerrado y conectado a una agua

indicadora de disco. 4uando el tubo se encuentra abierto a la atm!sfera no

tiene desiaci!n y la agua indicadora de disco en este estado se calibra a cero

(presi!n manométrica). 4uando se incrementa la presi!n del fluido dentro del

tubo, éste se alarga y muee la agua en proporci!n a la presi!n aplicada.

La electr!nica ha abierto camino en cada aspecto de la ida y los dispositios

de medici!n de presi!n no son la e$cepci!n. Los modernos sensores de

presi!n, llamados transductores de presi!n, utilizan arias técnicas para

conertir el efecto producido por la presi!n a otro de tipo eléctrico como el

cambio de oltae, resistencia o capacitancia. Los transductores de presi!n son

más pequeos y más rápidos y pueden ser más sensibles, confiables y

precisos que sus contrapartes mecánicas.

Los transductores de presi!n con medidor de deformaci!n funcionan mediante

una desiaci!n del diafragma entre dos cámaras abiertas a las entradas de

presi!n. 4uando el diafragma se alarga en respuesta a un cambio en ladiferencia de presi!n, el medidor de deformaci!n se alarga y un circuito con

puente de Dheatstone amplifica la seal. Los transductores piezoeléctricos,

llamados también transductores de presi!n de estado s!lido, funcionan

basados en el principio de que un potencial eléctrico se genera en una

sustancia cristalina cuando ésta se somete a una presi!n mecánica. Los

transductores de presi!n piezoeléctricos tienen una respuesta de frecuencia

mucho más rápida en comparaci!n con las unidades de diafragma y son muy

adecuados para aplicaciones de alta presi!n, pero generalmente no son tan

sensibles como los transductores tipo diafragma.

!arómetro y presión atmosf"rica

El italiano Eangelista orricelli fue el primero en probar de manera concluyente

que la presi!n atmosférica se puede medir al inertir un tubo lleno de mercurio

en un recipiente con mercurio y abierto a la atm!sfera.

La presi!n atmosférica se mide mediante un dispositio conocido como

bar!metroF así, la presi!n atmosférica se denomina por lo comn presi!n

barométrica.


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La disminuci!n de la presi!n atmosférica con la altura tiene ramificaciones de

largo alcance en lo cotidiano. 5or eemplo, cocinar llea más tiempo a grandes

altitudes puesto que el agua hiere a menor temperatura bao presiones

atmosféricas más baas. +na hemorragia por la nariz es una e$periencia comn

a grandes altitudes puesto que la diferencia entre la presi!n arterial y la presi!n

atmosférica es mayor en este caso, y las delicadas paredes de las enas de la

nariz a menudo no soportan este esfuerzo e$tra.

T"cnica para resolver problemas

El primer paso para aprender cualquier ciencia es comprender los fundamentos

y obtener un conocimiento s!lidoF el siguiente paso es dominar los

fundamentos al probar este conocimiento por medio de la práctica. Esto se

hace resoliendo problemas importantes reales, ya que requieren métodossistemáticos y ponen a prueba los conocimientos adquiridos

5aso 6# enunciado del problema. E$presar breemente el problema, los datos y

las cantidades por determinar.

5aso 3# esquema. razar un esquema real del sistema físico en cuesti!n y

anotar la informaci!n necesaria en la figura.

5aso 0# suposiciones y apro$imaciones Enunciar las suposiciones y

apro$imaciones adecuadas para simplificar el problema con la finalidad de quesea posible obtener la soluci!n.

5aso G# leyes físicas. "plicar las leyes físicas y principios básicos pertinentes

(como la conseraci!n de la masa) y redzcalas a su forma más simple

utilizando las consideraciones hechas.

5aso H# propiedades. Ieterminar las propiedades desconocidas en estados

conocidos necesarias para resoler el problema a partir de relaciones o tablas

de propiedades.

5aso J# cálculos. -ustituir las cantidades conocidas en las relacionessimplificadas y llear a cabo los cálculos para determinar las inc!gnitas

5aso K# razonamiento, comprobaci!n y análisis 4omprobar para asegurarse de

que los resultados obtenidos son razonables e intuitios, y corrobore la alidez

de las suposiciones cuestionables. 8epetir los cálculos cuando obtenga como

resultado alores poco razonables.


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4onclusi!n

Para concluir con nuestro trabajo, podemos decir que este fue de gran ayuda

para repasar conceptos y para adentrarnos a la fascinante asignatura como loes la termodinámica. En igual forma, nos ayudó a saber cosas que no

sabamos. Este tipo de trabajos son muy interesantes, ya que además de leer,

nos abre el camino a temas de más profundidad y de inter!s para nuestra

carrera y lo que pasa en el mundo real.


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Cibliografía

• Termodinámica + %engel, -unus ./ 0oles, "ic1ael

. 22 *aed 22 "é3ico : "c&ra4 5ill, '))6 333viii / ())7 p

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