PROPEDEUTICO DETERMODINAMICA

POSGRADO ENINGENIERIA (ENERGIA)

IER-UNAMIER-UNAM

DR. JORGE HERNANDEZ

TEMIXCO, MOR.

ABRIL 2013

1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y DEFINICIONES

1.0 CONSIDERACIONES PRELIMINARES

La Termodinámica es la parte de la Física que explica como tra-bajan algunos dispositivos y sistemas donde hay transferencia deenergía, el porque algunos otros no trabajan y la razón por la quesencillamente otros no pueden trabajar.

Términos:Términos:Energía y la idea de que se conserva, constituye la Primera Leyde la Termodinámica.Entropía , es el fundamento de la Segunda Ley de la Termodiná-mica y proporciona los medios para determinar las posibilidadesde un proceso. Los procesos que producen entropía son facti-bles, los que la destruyen son imposibles.Exergía está relacionada con la mayor cantidad de energía dispo-nible, por lo cual su uso facilita la optimización de procesos.

Enfoque: Clásico -macroscópico-Molecular -microscópico-

Metodología:Sistemática , que permita trabajar de modo cuidadoso y organi-zado.

PLANTA TERMOELECTRICA

CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA TERMODINAMICA:

1. INDUSTRIA DE LA TRANSPORTACION• Terrestre, marítima, aérea

2. INDUSTRIA DOMESTICA Y COMERCIAL2.1 Acondicionamientos de espacios2.1 Acondicionamientos de espacios

• Refrigeración, calefacción, aires acondicionados

2.2 Servicios• Estufas, secadoras de ropa• Calentadores de agua por gas

3. INDUSTRIA DE LA TRANSFORMACIÓN DEENERGIA

3.1 Energías convencionales• Termoeléctricas, nucleoeléctricas

3.2 Energías no convencionales -renovables-• Aplicaciones de la energía solar, geotérmica, eó-lica, biomasa, etc.

1.1 CONCEPTOS, MODELOS Y LEYES

Conceptos • Son la base de cualquier ciencia• Son ideas por lo general algo vagas, sobre todo al principio, quea menudo carecen de definiciones adecuadas

Modelos• Son simplificaciones de la realidad, que redujeron las matemáti-cas a un nivel manejable

• Las idealizaciones consideradas al crear el modelo marcará suvalidez y utilidad

• Es responsabilidad de quien utiliza el modelo conocer tanto susbases como sus limitaciones

Leyes• Son la expresión de los conceptos y modelos en términos mate-máticos

• Son un artificio humano para explicar y predecir los fenómenosde la naturaleza

• Las predicciones serán tan precisas y bastas como los modelosen que se basan las leyes

• Son dinámicas, a medida que se recaba nueva información y se• Son dinámicas, a medida que se recaba nueva información y sedesarrolla un nuevo entendimiento, el hombre encuentra conve-niente (o quizá necesario) modificar las leyes básicas

En la Termodinámica• Enfoque macroscópico• Los conceptos están ligados a experiencias cotidianas que suasimilación se puede dificultar al principio

• Las matemáticas no son complicadas

1.2 CONCEPTOS MECANICOS

La Mecánica es la ciencia que estudia el movimiento de los objetos ysus principales conceptos son:

• Fuerza• Momento o par• Masa• Velocidad• Aceleración• Aceleración• Trabajo• Energía cinética• Energía potencial

La Fuerza . Es un concepto y, por tanto, carece de definición• Los términos como "empujón" o "jalón" ayudan a explicarla• Estos términos sugieren que la fuerza se aplica en un punto, tie-ne dirección y debe estar relacionada con la interacción de doscosas

• Estos términos tienen como efecto producir una aceleración, tor-sión, deformación, o algún otro cambio

• Las fuerzas son cantidades vectoriales con magnitud, direccióny punto de aplicación, -se representan con flechas-

• La noción de fuerza se apoya en otros dos aspectos conceptua-les. El primero es la Tercera Ley de Newton: si un objeto ejerceuna fuerza F sobre otro, el segundo ejercerá una fuerza igualpero de sentido contrario sobre el primero. El segundo aspectomenciona la existencia de un desequilibrio de fuerzas paraacelerar el objeto sobre el cual actúan las fuerza, que es laSegunda Ley de Newton y un caso especial de este segundoSegunda Ley de Newton y un caso especial de este segundoaspecto conceptual se presenta cuando las fuerzas están enequilibrio, que corresponde a la Primera Ley de Newton

Momento o par.• Este es otro aspecto relacionado con el concepto de fuerza• Se define como el producto de la fuerza por la distancia al puntode aplicación del vector fuerza

Masa.• La masa es una propiedad característica de los objetos, que seopone al cambio de velocidadopone al cambio de velocidad

• Es un conjunto de átomos• Es un conglomerado de materia

1.3 DIMENSIONES Y SISTEMAS DE UNIDADES

Dimensión• Es cualquier cantidad mensurable relacionada con un conceptoo definición, por ejemplo, longitud, tiempo, masa, fuerza, etc.

• Se les designa como: L, T, M, F, etc.

Las cantidades primarias• Son aquellas dimensiones y unidades que se escogen arbitra-• Son aquellas dimensiones y unidades que se escogen arbitra-riamente para formar un Sistema de Unidades

• Las cantidades secundarias son aquellas dimensiones que seexpresan en términos de las dimensiones primarias

El Sistema Internacional, SI Cantidades Primarias:• Longitud, tiempo y masa -L, T y M-• Todas las demás son secundarias

2. ENERGIA Y PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

2.1 LOS SISTEMAS

Sistema • Se usará para identificar al sujeto de discusión• Puede ser simple, como un pedazo de materia• Puede ser complejo, como una planta nuclear generadora depotencia

• Es algo que define el analista y siempre debe ser muy cuidadopara describir con toda precisión aquello de lo que se está ha-para describir con toda precisión aquello de lo que se está ha-blando

• El sistema a considerar se indica con una línea punteada en undibujo, siendo necesario en ocasiones agregar algunas palabrasde definición

• La masa de control designa a un sistema que consta de unamateria específica

• El volumen de control indica a un sistema especificado en elespacio e incluye algún tipo de procesos de flujo

La interacción de un sistema y su medio se considera de primordial interés para la Termodinámica.

• Alrededores es todo aquello que rodea al sistema

Un sistema aislado , no tiene interacción alguna con sus alrededores

• Se rodea al sistema con paredes que son impermeable a la ma-teria, rígidas, no conductoras de la carga eléctrica, etc.

• Todas las cantidades de conservación están "atrapadas", la ma-sa, la carga y la energía permanecen constantes

2.2a TIPOS MICROSCOPICOS DE ENERGIA

2.2a TIPOS MICROSCOPICOS DE ENERGIA

2.2b REPRESENTACIONES MACROSCOPICAS DE LA ENERGIA

Al tratar con sistemas que contienen muchas moléculas, convienepensar que la materia es de tipo continuo, lo que simplifica ladescripción matemática.

• La energía interna del sistema, U, es el valor de energía total-de todo tipo- que contienen las moléculas

• La energía cinética de una materia con masa M que se despla-• La energía cinética de una materia con masa M que se despla-za a velocidad V es igual a MV2/2

• La energía potencial con un peso del objeto w y a una altura hsobre un plano arbitrario es igual a wh

En los dos casos anteriores intervienen las propiedades macroscópi-camente observables del sistema continuo -velocidad, masa, peso yaltura-

La energía de dos sistemas integrados es igual a la suma de susenergías individuales

• La energía de un todo es igual a la suma de la energía de suspartes

• Esta idea es útil para calcular la energía de un sistema complejo