ingenieria termodinamica i

7/24/2019 INGENIERIA TERMODINAMICA I

1/35

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA

Facultad de Ingeniera Mecnica ! El"ctricaE#cuela Acad"$ic% &r%'e#i%nal de Ingeniera Mecnica ! El"ctricaDe(arta$ent% de Energa ! &r%ducci)n

S * L A + O

INGENIERIA ,ERMODINAMICA I

I- DA,OS GENERALES .

1.1 Facultad : Facultad de IngenieraMecnica y Elctrica1.2 Escuela Acadmico Profesional : Ingeniera Mecnica y Elctrica1.3 e!artamento Acadmico : Energa y Producci"n1.# $om%re del &urso : INGENIERIA,ERMODINAMICA I

1.#.1 &"digo :1.#.2 'i!o : (%ligatorio1.#.3 $i)el : Pre*grado

1.+ ,emestre Acadmico : /001 2 II

1.- &iclo :CUAR,O ME*1*2/1.0 &rditos : #1. uraci"n del &urso : 10 ,emanas1. 4oras ,emanales : +'eora: 35 Practica: 2/1.1 Pre*6e7uisitos :1.11 Profesores/ 6es!onsa%les/ : Ing. 8os &arlos 6odrgue9

&ac"n Ing. Alim%ert &astro !ayano

1.11 4orario ;er 4o


2/35

Al finali9ar el dictado de la asignatura> los alumnos5 a!licando las leyes de la

termodinmica> utili9ando ta%las y diagramas de !ro!iedades termodinmicas y

con la ayuda de soft?are de a!licaci"n5 resol)ern !ro%lemas relacionados:con

sustancia !ura > as como !ara calor y tra%a a!licando cada uno de estos

conocimientos com!rendern la !rimera ley !ara sustancia !ura y !ara gases5Primera ley !ara un )olumen de control: !roceso FEE, y FE@,. ,egunda ley y

entro!a. ,eguidamente se reali9a el anlisis Ecergtico de los sistemas

termodinmicos. &oncluiremos con el estudio de me9clas con gases y me9clas

gas )a!or utili9ando los conce!tos !sicromtricos reali9ando %alances de

energa.

III O+3E,IVOS.

O+3E,IVOS GENERALES.

1. efinir los conce!tos de !ro!iedades termodinmicas.

2. Anali9ar !rocesos y ciclos termodinmicos !ara sustancia !ura y otras sustancias

gaseosas.

O+3E,IVOS ES&ECIFICOS.

1. efinir los conce!tos de sustancia !ura> mane e

identificar los estados de la materia en el diagrama de su!erficies.

2. Anali9ar los !rocesos termodinmicos de sistemas cerrados> tanto !ara sustancia

!ura como !ara !rocesos con gases y !oder a!licarlos en los !osteriores

semestres.

3. Efectuar %alance a !artir de las a!licaciones de Primera =ey de la

'ermodinmica> e)aluar !rocesos y ciclos 7ue in)olucren transformaciones de

energa en calor y tra%a


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%alance de energa de un !roceso de acondicionamiento de aire !ara un

am%iente de confort.

CRONOGRAMA : (Tambin, ver Hoja de cronograma desarrollado)

SEMANA FEC4A CON,ENIDO

05

Introducci"n: conce!tos fundamentales. ,ustancia !ura.

,ustancia de tra%a

eterna> etensi)a> intensi)a y !ro!iedad es!ecfica/.Proceso

cuasi esttico. Proceso re)ersi%le e irre)ersi%le &iclos. 6egla de

Fase de i%as. E )olumen decontrol> !ro!iedades> !rocesos>

,ustancia de tra%a '*;> '*P. =7uido com!rimido>)a!or Bmedo y )a!or so%recalentado. 'a%las de !ro!iedadestermodinmicas. E


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0;

P6IME6A =EH E =A 'E6M(I$MI&A PA6A @$,I,'EMA. Primera =ey !ara un sistema cerrado.E!resiones de la !rimera =ey. Anlisis de !rocesos yciclos. Energa interna> ental!a> &)> &!> =ey de 8ouleE


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(ractica8

5:

ME&=A E A,E,. =ey de Amagat y =ey de alton. Presi"n!arcial y )olumen !arcial. Fracci"n de Molar y Fracci"n Molar.Anlisis gra)imtrico y )olumtrico. &onstante !articular> !esomolecular &)> y &! de una me9cla de gases.. Energa interna>ental!a y entro!a de una me9cla de gases ideales. E re)istas y!royector multimedia.&ara el e#tudiante. 'eto %sico de consulta de termodinmica segBn la

%i%liografa !ara el tema tratado> informaci"n )a Internet> re)istas otros comosoft?are de a!licaci"n etc.

VI- SIS,EMA DE EVALUACIBN

)erificando 7ue el estudiante aya logrado los o%


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'*P.

=7uido com!rimido> )a!or Bmedo y )a!or so%recalentado. 'a%las de !ro!iedadestermodinmicas. E


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E fuente>sumidero. M7uina trmica. Eficiencia. M7uina refrigeradora. &oeficiente de!erformance. Gom%a de calor. 6e)ersi%ilidadE


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energa ideal y real y calculo del incremento de entro!a del uni)erso en un!roceso termodinmico- 7Cuarta &rctica8

TRECEAVA SEMANA:

is!oni%ilidad H Energa. Parte dis!oni%le del calor. Parte no dis!oni%le del calor.Energa dis!oni%le. &iclo de &arnot como ciclo de com!araci"n.

CA,ORCEAVA SEMANA.

Irre)ersi%ilidad y efecti)idad. Galance de ELE6IA. Energa utili9a%le. E


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Q N'ermodinmicaO5 MA$6IV@E* &A6E$A,5 Editorial 4A6=A.Q N'ermodinmica A!licadaO5 P(,'I( &6@5 Editado @$I.Q N'ermodinmica Gsica !ara IngenierosO5 $ACAM@6A Editado @$I.

I&A> 2 I$. 8(,E &A6=(, 6(6I@E &4A&($

I$.A=IMGE6' &A,'6( PAHA$(

Profesores del curso


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INGENIERIA TERMODINMICA I

Concepto de Termodinmica

La alabra !T"RMO#$N%M$CA& rocede de las alabras del griego T'erme

(calor) #manis (*er+a)

"s la ar-e de la .sica /*e se encarga de es-*diar las relaciones e0is-en-esen-re el calor el -rabajo, esecialmen-e el calor /*e rod*ce *n c*ero arareali+ar -rabajo

1or consig*ien-e, los mecanismos des-inados a -ransormar energ.a calor.icaen mec2nica -oman el nombre de m2/*inas -rmicas

3n conce-o esencial de la -ermodin2mica es el de sis-ema macrosc4ico, /*ese deine como *n conj*n-o de ma-eria /*e se *ede aislar esacialmen-e /*e coe0is-e con *n en-orno inini-o e imer-*rbable

Conceptos y deiniciones !ndamenta"es

Deinici#n de sistema$ entorno y !ni%erso

53n sistema *ede ser c*al/*ier obje-o, c*al/*ier can-idad de ma-eria,c*al/*ier regi4n del esacio, e-c, seleccionado ara es-*diarlo aislarlo(men-almen-e) de -odo lo dem2s Lo /*e es-a *era se convier-e en-onces en el

entorno del sis-ema (Abbo-- 6anness, 7)8"l sis-ema s* en-orno orman el !ni%erso


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Sistemas ais"ados$ cerrados y a&iertos:

Sistema ais"ado es el sis-ema /*e no *ede in-ercambiar ma-eria ni energ.acon s* en-orno

Sistema cerrado es el sis-ema /*e s4lo *ede in-ercambiar energ.a con s*en-orno, ero no ma-eria

Sistemaa&ierto es el sis-ema /*e *ede in-ercambiar ma-eria energ.a con

s* en-orno


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Sistemas termodinmicos

Alg*nos ejemlos ara el es-*dio

Sistema termodinmico

3n sistema termodinmicoes *na ar-e del *niverso /*e se aisla ara s*

es-*dio

3n proceso adia&ticoa a/*l en el c*al el sis-ema (generalmen-e, *nl*ido/*e reali+a *n -rabajo) no in-ercambia calorcon s* en-orno

'rocesos re%ersi&"es e irre%ersi&"es

E" concepto de proceso re%ersi&"e nos ermi-e reconocer, eval*arlasirreversibilidades en rocesos reales en la ingenier.a

Los rocesos reversibles son ideali+aciones de rocesos verdaderos9$9T"MA A$"RTO

'ropiedades:

9on carac-er.s-icas macrosc4icas de *n sis-ema -ales como la masa,vol*men, energ.a, resi4n -emera-*ra

Estado:

"0resa la condici4n de *n sis-ema deinido or el conj*n-o de s*s

roiedades
http://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Calor


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C*ando c*al/*iera de las roiedades de *n sis-ema cambia, s* es-adocambia se dice /*e el sis-ema 'a s*rido *n !roceso&

'roceso:

"s *na -ransormaci4n de *n es-ado a o-ro 9in embargo, si *n sis-ema m*es-ralos mismos valores de s*s roiedades en dos ins-an-es dieren-es, es-ar2 enel mismo es-ado en dic'os ins-an-es #iremos /*e *n sis-ema es-2 en *nestado estacionariosi ning*na de s*s roiedades cambia con el -iemo

1rocesos:

$sob2rico ( 1 ; C-e)$so-rmico ( T ; C-e)$s4coro ( v ; C-e)1oli-r4ico ( 16n; c)

Adiab2-ico reversible (9 ;C-e),$soen-alico (' ;C-e)

'roceso C!asi e(!i"i&rio O )C!asi esttico*

"s a/*el roceso /*e se desv.a del e/*ilibrio -ermodin2mico en *n modoinini-esimal Todos los es-ados or lo /*e asa el sis-ema en *n roceso C*asies-2-ico *eden considerarse es-ados de e/*ilibrio

'roceso de C!asi esttico o de C!asi e(!i"i&rio

"s *n -io de roceso en el c*al el sis-ema alcan+a s*cesivos es-ados dee/*ilibrio los c*ales son inini-amen-e e/*e


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"s simlemen-e a/*el /*e no c*mle las condiciones es-ablecidos ara *nroceso reversible Las ra+ones de irreversibilidad son:

?ricci4n Transerencia de calor "0ansi4n libre Me+clado #eormaci4n inel2s-ica

Cic"o Termodinmico:

"s *na sec*encia de rocesos /*e emie+a -ermina en el mismo es-ado Alinal de *n ciclo -odas las roiedades -ienen los mismos valores /*e -en.an alrinciio

+na ma,nit!d> es *na roiedad si, solo s., s* cambio de valor en-re doses-ados es indeendien-e del roceso

'ropiedades E-tensi%as:

3na roiedad se llama e0-ensiva si s* valor ara *n sis-ema es la s*ma de los

valores corresondien-e a las ar-es en /*e se s*bdivida MA9A, 6OL3M"N,"N"RG@A, deende or lo -an-o, del -ama


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"jemlos de roiedades in-ensivas: son la -emera-*ra, la velocidad, elvol*men esec.ico (vol*men oc*ado or la *nidad de masa)Observe /*e *na roiedad in-ensiva *ede ser *na magni-*d escalar o *namagni-*d vec-orialVo"!men especico$ "a presi#n y "a temperat!ra son propiedades

intensi%as importantes.

S!stancia '!ra:

"s a/*ella /*e es *niorme e invariable en s* comosici4n /*.mica3na s*s-ancia *ede e0is-ir en m2s de *na ase, ero s* comosici4n /*.micadebe ser la misma en cada ase"jemlos:el ag*a, el ni-r4geno, el 'elio el di40ido de carbono

CAMBIO DE FASES DE UNA SUSTANCIA

Regla de las fases de Gibbs

Enqumicay termodinmica,la regla de las fases de Gibbsdescribe el nmero de

grados de libertad(L) en un sistema cerrado en equilibrio, en trminos del nmero de

fases separadas (F) y el nmero de componentes qumicos (C) del sistema. Esta rela

establece la relaci!n entre esos " nmeros enteros dada por#

La rela de las fases de $ibbs fue deri%ada de principios termodinmicos por &osia'

illard $ibbs'acia *+.

L - rados de libertad (nmero de propiedades independientes o intensivas

en ese estado.

F - nmero de fases
http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Josiah_Willard_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Josiah_Willard_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Josiah_Willard_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Josiah_Willard_Gibbs


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C - nmero de componentes qumicos(nmeros de componentes en el

sistema (sustancia pura) en ese estado.)

REGLA DE GASES DE GIBS:

(Para un sistema que no implique reaccin qumica)

F + L = C + 2

Donde: F = nmero de fases presentes en un estado cualquiera.

L = nmero de propiedades independientes o intensivas en

ese estado.

C = nmeros de componentes en el sistema (sustancia

pura) en ese estado.

Ejemplo 1:

Si tenemos una mezcla de (H2O) (lquido + vapor)

Entonces: F = 2 F + L = C + 2

C = 1 2 + L = 1 + 2

Necesitamos conocer solamente una propiedad intensiva para

determinar el estado.

Ejemplo 2:

Si tenemos H2O en una sola fase:

F + L = C + 2

1 + L = 1 + 2 L = 2

Necesitamos 2 propiedades independientes para determinar el

estado.

Ejemplo 3:

Si tenemos (H2O) en su punto triple.

F + L= C + 2

L -

L -


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3 + L = 1+ 2 1 + 2

SUSTANCIA PURA EN CAMBIO DE FASE (LIQUIDO-VAPOR)

Sistema a presin constante (Presin Atmosfrica)

(a) (b) (c) (d)

Al transferir calor la

temperatura

comenzar a

aumentar pero esto

ocurre hasta el

momento que se

alcance latemperatura de

evaporacin.

(temperatura de

cambio de fase)

(o temperatura de

saturacin)

El estado (b)

representa el inicio

de la evaporacin.

El estado

representa el fin de

la evaporacin.

Tc = Tb =

Temperatura de

saturacin.

Comienza el vapor

a sobre calentarse.

CONCLUSIN:


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La temperatura de saturacin depende de la presin. A mayor presin

mayor es la temperatura de saturacin y viceversa.

Proceso a P = Cte. a presin atmosfrica = 1 bar

SUPERFICIE TERMODINMICAS

Son el lugar geomtrico en el cual podemos representar todos los

posibles estados de una sustancia pura. Esto se hace mediante las

coordenadas (P-V-T) que son propiedades termodinmicas intensivas o

independientes.


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El diagrama PVTes la representacin en el espacio tridimensionalPresin - Volumen especfco - Temperaturade los estadosposiblesde un compuesto qumico.

Estos estados confguran en el espacio PVT una superfcie

discontinua, debindose las discontinuidades a los cambios de estadoque sure el compuesto al variarse las condiciones de presin temperatura, que son las variables que suelen adoptarse comoindependientes en los estudios c!lculos termodin!micos,principalmente por la relativa sencille" de su medida.

#as superfcies delimitan las "onas de e$istencia de la ase slida, laase lquida la ase gaseosa.

%tese que para una ase dada P, V T est!n relacionados por laecuacin de estado&tal como la ecuacin de los gases perectoso la

le de deormacin el!sticapara los slidos'. E$iste un cuartopar!metro, n, la cantidad de sustancia, responsable de que no e$istan"onas pro(ibidas en el diagrama variando simult!neamente P, V T.

DIAGRAMA DE FASE

En termodin!mica ciencia de materialesse denomina diagrama defase a la representacin gr!fca de las ronteras entre dierentesestados de la materiade un sistema, en uncin de variables elegidaspara acilitar el estudio del mismo. )uando en una de estasrepresentaciones todas las ases corresponden a estados de
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_de_estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_elasticidad_de_Hookehttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia_de_materialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materiahttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/P-V-T-Diagramm_es.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_de_estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_elasticidad_de_Hookehttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia_de_materialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia


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agregacin dierentes se suele denominar diagrama de cambio deestado.

DIAGRAMAS DE FASES

Para sustancia que se contrae al congelarse.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Phase-diag_es.svg


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Para una sustancia que se expande

DE/INICIONES 0SICAS:CONDICI1N DE SAT+RACI1N:

Temperat!ra de Sat!raci#n o temperat!ra de cam&ios de ase:"s la -emera-*ra a la c*al se eec-a la evaoraci4n de *na s*s-ancia *ra a*na resi4n dada es-a resi4n se llama resi4n de sa-*raci4n

2(!ido sat!rado:"s c*ando la s*s-ancia *ra e0is-e como l./*ido a la -emera-*ra resi4n desa-*raci4n2(!ido s!&enriado:"s c*ando la s*s-ancia *ra e0is-e a *na -emera-*ra m2s baja /*e la desa-*raci4n a *na resi4n dada

2(!ido comprimido:"s c*ando la s*s-ancia *ra se a*men-a como l./*ido a *na resi4n m2s al-a/*e la resi4n de sa-*raci4n ara *na -emera-*ra dada

Vapor sat!rado:"s c*ando la s*s-ancia e0is-e solamen-e como vaor a la -emera-*ra resi4n de sa-*raci4n

Vapor so&re ca"entado:

C*ando la sa-*raci4n *ra se enc*en-ra como vaor a *na -emera-*ras*erior a la sa-*raci4n


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Me3c"a "(!ida %apor:C*ando *na ar-e de la s*s-ancia e0is-e en orma l./*ida o-ra ar-e comovaor a *na -emera-*ra de sa-*raci4n or -an-o a *na resi4n de sa-*raci4n

2neas de coe-istencia:

2nea de !si#n:Reresen-a la me+cla )s#"ido 4 "(!ido*

2nea de %apori3aci#n:Reresen-a la me+cla )"(!ido 4 %apor*

2nea de s!&"imaci#n:Reresen-a la me+cla ) s#"ido %apor *.

2nea o p!nto trip"e:"s el es-ado en el c*al es osible man-ener *na me+cla de las -res ases en

e/*ilibrio ) s#"ido5"i(!ido5%apor * "s *na me+cla de los -res ases ene/*ilibrio solB li/*idoB vaor "s *na +ona esecial nica ara cada s*s-ancia no deende de la variaci4n de vol*men esec.ico

'!nto crtico:"s el es-ado donde la ase vaor *ro, -iene idn-icas roiedades /*e la asede l./*ido *ro a la misma resi4n -emera-*ra

CAM0IO DE /ASE 2I6+IDO 4 VA'OR.

9e anali+a las roorciones de l./*ido vaor e0is-en-es en la combinaci4n deambos ases los orcen-ajes e/*ivalen-es de-erminados or resi4n,-emera-*ra caacidad vol*m-rica

Ca"idad 1 TIT+2O)7*:

"s la can-idad de vaor e0is-en-e resec-o a la masa -o-al de la me+cla (LB6),se reresen-a con )7*

mt

mv

mt

mgX == Donde : mt= mf+ mg mt= mL+ mv

L = lquido: fluid

v = vapor: gas

Donde: mg= mv= masa de vapor

mf= mL= masa de liquido

mt= masa total

mgmf

mgX

+

= mg = X (mt). (i)


23/35

Humedad (Y):es la cantidad de lquido existente, respecto de la masa

total de la total de la mezcla (L-V) en un estado dado.

Se representa con la letra(Y)

mgmf

mf

mt

m

mt

mfY L

+

=== mf = Y (mt) ..........( ii )

Concluimos que: X+Y = 1 ....(iii) X = 1-Y . (iv)

de la ec. (i) y (iv).)(

)(

mtXmf

mtYmg

=

=

(ii) y (iii)

m

Vv = = volumen especfico pero; V = mv

t

gg

t

ff

gf

ggff

gf

gf

m

vm

m

vm

mm

vmvm

mm

VVv +=

+

+

=

+

+

=

esta relacin se puede expresar

como la siguiente expresin:

gf XvvYv +=

Si:X + Y =1

Y = 1 X v = Yvf+ Xvg

v = (1 X) vf+X vg= vf Xvf+ Xvg

v = vf X(vf+ vg) = vfX ( vg vf)

vfg= vg vf

Resumiendo:

v= vf+ X(vg vf) y v = vf+ X(vfg)


24/35

Luego: podemos utilizar el mismo procedimiento para algunas otras

propiedades.

u = uf+ X ufg :Energa interna especfica

h = hf+ X hgf :Entalpa especfica

S = sf + X hfg :Entropa especfica

MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA

COMPRESORES

T*+)T* )*T+ )EPET T/


25/35

T3R$NA #" A6$ON

GR31O "L"CTRG"NO


26/35

MOTOR #" COM39T$N $NT"RNA (Comonen-es in-ernos)

MOTOR #" COM39T$N $NT"RNA


27/35

A3TOM6$L

/0102 3E 45607


28/35
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Emile_Salmson_watercooled_radial_engine_1915.jpg


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La termodinmica(del rieo termo, que sinifica "calor"y dinmico, que

sinifica 8fuer9a8) es una rama de la fsica que estudia los fen!menos relacionados con

el calor.

Especficamente, la termodinmica se ocupa de las propiedades macrosc!picas

(randes, en oposici!n a lo microsc!pico o peque:o) de la materia, especialmente las

que son afectadas por el calor y la temperatura, as como de la transformaci!n de unas

formas de enera en otras.

Estudia los intercambios de energa trmicaentre sistemas y los fen!menos

mecnicos y qumicos que implican tales intercambios. En particular, estudia los

fen!menos en los que e;iste transformaci!n de enera mecnica en trmica o

%ice%ersa.

Cuando la enera (mecnica, trmica, elctrica, qumica


30/35

4dems, la termodinmica nos ayuda a comprender por qu los motores no pueden ser

nunca totalmente eficientes y por qu es imposible enfriar nada 'asta el cero absoluto,

una temperatura a la que las sustancias no tienen enera cal!rica.

Los principios de la termodinmica se pueden aplicar al dise:o de motores, al clculo de

la enera liberada en reacciones o a estimar la edad del ?ni%erso.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinmicas son las

leyes de la termodinmica, que postulan que la enera puede ser intercambiada entre

sistemas fsicos en forma de calor o traba@o. 1ambin se postula la e;istencia de una

manitud llamadaentropa, que puede ser definida para cualquier sistema.

Las Leyes 1ermodinmicas pueden e;presarse de la siuiente manera#

Le !ero de la ermodinmica

4 esta ley se le llama de 8equilibrio trmico8. El equilibrio trmico debe entendersecomo el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura.

Esta ley dice 8Ai dos sistemas 4 y B estn a la misma temperatura, y B est a la misma

temperatura que un tercer sistema C, entonces 4 y C estn a la misma temperatura8.

Este concepto fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado 'asta

despus de 'aberse enunciado las otras tres leyes. 3e a' que recibe la posici!n cero.

?n e@emplo de la aplicaci!n de esta ley lo tenemos en los conocidos term!metros.

#rimera Le de la ermodinmica

Esta primera ley, y la ms importante de todas, tambin conocida como principio de

conser$aci%n de la energa, dice# 8La enera no puede ser creada ni destruida, s!lo

puede transformarse de un tipo de enera en otro8.

La primera ley de la termodinmica da una definici!n precisa del calor, y lo identifica

como una forma de enera. uede con%ertirse en traba@o mecnico y almacenarse, pero

no es una sustancia material.

E;perimentalmente se demostr! que el calor, que oriinalmente se meda en unidades

llamadas caloras, y el traba@o o enera, medidos en&'lios, eran completamenteequi%alentes. ?na calora equi%ale a D,* @ulios.

Seg'nda Le de la ermodinmica

La seunda ley dice que 8solamente se puede reali9ar un traba@o mediante el paso del

calor de un cuerpo con mayor temperatura a uno que tiene menor temperatura8. 4l

respecto, siempre se obser%a que el calor pasa espontneamente de los cuerpos calientes

a los fros 'asta quedar a la misma temperatura.

La seunda ley de la termodinmica da, adems, una definici!n precisa de una

propiedad llamada entropa(fracci!n de enera de un sistema que no es posiblecon%ertir en traba@o).
http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/entropia.htmhttp://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/entropia.htmhttp://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/entropia.htm


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ara entenderla, la entropa puede considerarse como una medida de lo pr!;imo o no

que se 'alla un sistema al equilibrio tambin puede considerarse como una medida del

desorden (espacial y trmico) del sistema.

ues bien, esta seunda ley afirma que 8la entropa, o sea, el desorden, de un sistema

aislado nunca puede decrecer. or tanto, cuando un sistema aislado alcan9a unaconfiuraci!n de m;ima entropa, ya no puede e;perimentar cambios# 'a alcan9ado el

equilibrio8 ()er*#rocesos re$ersibles e irre$ersibles en la +at'rale,a).

Como la entropa nunca puede disminuir, la naturale9a parece pues 8preferir8G el

desorden y el caos. uede demostrarse que el seundo principio implica que, si no se

reali9a traba@o, es imposible transferir calor desde una rei!n de temperatura ms ba@a a

una rei!n de temperatura ms alta.

ercera Le de la ermodinmica

El tercer principio de la termodinmica afirma que 8el cero absoluto no puedealcan9arse por ninn procedimiento que conste de un nmero finito de pasos. Es

posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llear a l8.

Es importante recordar que los principios o leyes de la 1ermodinmica son s!lo

enerali9aciones estadsticas, %lidas siempre para los sistemas macrosc!picos, pero

inaplicables a ni%el cuntico.

4simismo, cabe destacar que el primer principio, el de conser%aci!n de la enera, es

una de las ms s!lidas y uni%ersales de las leyes de la naturale9a descubiertas 'asta

a'ora por la ciencia.
http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/ProcesosRevEIrrev.htmhttp://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/ProcesosRevEIrrev.htm


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S-#ERFI!IES ERM.DI+AMI!AS

El diagrama PVTes la representacin en el espacio tridimensionalPresin - Volumen especfco - Temperaturade los estadosposiblesde un compuesto qumico.

Estos estados confguran en el espacio PVT una superfciediscontinua, debindose las discontinuidades a los cambios de estadoque sure el compuesto al variarse las condiciones de presin temperatura, que son las variables que suelen adoptarse comoindependientes en los estudios c!lculos termodin!micos,principalmente por la relativa sencille" de su medida.

#as superfcies delimitan las "onas de e$istencia de la ase slida, laase lquida la ase gaseosa.

%tese que para una ase dada P, V T est!n relacionados por la

ecuacin de estado&tal como la ecuacin de los gases perectoso lale de deormacin el!sticapara los slidos'. E$iste un cuartopar!metro, n, la cantidad de sustancia, responsable de que no e$istan"onas pro(ibidas en el diagrama variando simult!neamente P, V T.

DIAGRAMA DE FASE

En termodin!mica ciencia de materialesse denomina diagrama defase a la representacin gr!fca de las ronteras entre dierentes

estados de la materiade un sistema, en uncin de variables elegidaspara acilitar el estudio del mismo. )uando en una de estas
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_de_estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_elasticidad_de_Hookehttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia_de_materialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materiahttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/P-V-T-Diagramm_es.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_de_estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_elasticidad_de_Hookehttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia_de_materialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia


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representaciones todas las ases corresponden a estados deagregacin dierentes se suele denominar diagrama de cambio deestado.

En ciencia de materiales se utili"an ampliamente los diagramas de

ase binarios, mientras que en termodin!mica se emplean sobre todolos diagramas de ase de una sustancia pura.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Phase-diag_es.svg


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E6+IVA2ENCIA ENTRE +NIDADES

'resi#n

7 a-m4sera (a-m) ; DEF mil.me-ros de merc*rio (mm Hg)

7 a-m4sera (a-m) ; 7,D libras*lgada=(lbin=)

7 a-m4sera (a-m) ; 7,F7I 0 7FJneK-onsme-ro= (Nm=)

7 a-m4sera (a-m) ; 7,F7I 0 7FEdinacen-.me-ro=(dincm=)

7 bar ; 7FJneK-onsme-ro=(Nm=)

7 bar ; 7,JF libras*lgada=(lbin=)

7 dinacen-.me-ro=(dincm=); F,7 ascal (1a)

7 dinacen-.me-ro=(dincm=); ,E 0 7FBDa-m4sera (a-m)

7 dinacen-.me-ro=(dincm=); I,JF7 0 7FBmil.me-ros de merc*rio;-orr (mm Hg)

7 libra*lgada=(lbin=) ; E,F 0 7FIneK-onme-ro=(Nm=)

7 libra*lgada=(lbin=) ; E, 0 7Fdinascen-.me-ro=(dincm=)

7 libra*lgada=(lbin=) ; F,E a-m4sera (a-m)

7 libra*lgada=(lbin=) ; J7,D7 mil.me-ros de merc*rio;-orr (mm Hg)

7 mil.me-ro de merc*rio;-orr (mm Hg) ; 7,III 0 7F=ascales (1a)

7 mil.me-ro de merc*rio;-orr (mm Hg) ; 7,III 0 7FIdinascm=(dincm=)

7 mil.me-ro de merc*rio;-orr (mm Hg) ; 7,I7E 0 7FBIa-m4sera (a-m)

7 mil.me-ro de merc*rio;-orr (mm Hg) ; 7,I 0 7FB=libra*lgada=(lbin=)

7 ascal (1a) ; 7 neK-onme-ro=(Nm=) ; 7,J 0 7FBlibra*lgada= (lbin=)

7 ascal (1a) ; 7 neK-onme-ro=(Nm=) ; 7F dinascen-.me-ro=(dincm=)

7 ascal (1a) ; 7 neK-onme-ro=(Nm=) ; ,E 0 7FBEa-m4seras (a-m)

7 ascal (1a) ; D,JF7 0 7FBImil.me-ros de merc*rio;-orr (mm Hg)

7 *lgada de merc*rio (in Hg) ; I,IE 0 7FIascales (1a)

La presi%n atmosfrica es de apro/imadamente de 0102311 pascales (01043 5#a64 a

ni$el de mar2


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?nidades de presi!ny sus factores de con%ersi!n

#ascal bar +7mm8 5p7m8 5p7cm8 atm orr

0#a(+7m869 HI H .J ,JKHD ,*+KHI ,+I

0bar(da+7cm86

9 , J ,J ,*+ +I

0 +7mm8 9 ,JKI ,J ,*+ +I

0 5p7m8 9 ,* ,*KHI ,*KH HD ,*KHD ,+"

0 5p7cm8 9 * ,* ,* ,* +"

0 atm(:;1 orr6

9"JI ," ," "" ,"" +

0 orr(mm

ingenieria termodinamica i

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