INSTITUTO TECNOLOGICO DE LA CHONTALPA

ALUMNO:

ANGEL GABRIEL RODRIGUEZ ULIN

CATEDRATICO:

ING. ARMANDO ERWIN TORRES MAGAÑA.

ASIGNATURA:

GEOTERMODINAMICA.

PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS

4 SEMESTRE GRUPO “A”

NACAJUCA, TABASCO A JUNIO 2012.

LA PRIMERA LEY DE TERMODINÁMICA

Introducción de la termodinámica

Si buscamos una definición sencilla de la termodinámica la podemos encontrar que es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre distintas tranformaciones como el calor y su capacidad para producir un trabajo. La termodinámica esta intima mente relacionada con la mecánica estadística con la cual se puede derivar se puede diferentes tipos. Es importante tener en mente que estudia los sistemas físicos a nivel del microscopio mientras que la mecánica estadística suele hacer una descripción microscópica de la misma.

GEOTERMODINAMICA

1.1 que se entiende por termodinámica es una ciencia y, quizás la herramienta mas importante en la ing. Ya que se encargan de describir los procesos que implican cambios en la temperatura, la transformación de la energía y las relaciones entre el calor y el trabajo.

La termodinámica es una ciencia factual que se encarga de estudiar hechos o acontencimientos auxiliándose de la observación y la experimentación por lo que tiene que apagar el examen de la evidencia empírica para comprobarlos. Asi, la termodinámica puede ser vista como la generación de una enorme cantidad de evidencia empírica.

Esta ciencia es extremandamente general:

No hay hipótesis hecha referente a la estructura y al tipo de materia de la cual nos ocupamos. Y que puede ser aplicada a sistemas de estructuras muy laboradas a todas las formas de propiedades mecánicas, eléctricas y técnicas completas.

Quizá la complicación principal del análisis termodinamico como herramienta en ingeniería se deba a que se es practica común

Restringuido del sistema de interporlacion simple que son macroscópicamente homogeneo y soproticos, y desprovisto de carga eléctrica, que son los suficientes grandes para que los afectos de frontera pueda ser ignorada, y que no se encuentren bajo la acción de campos eléctricas, magnéticas o gravitacionales.

Básicamente la termodinámica y la ingeniería se enfoca en la producción de trabajo, a menudo bajo la forma de energía cinetica a partir del calor como resultado del proceso de la combustión a que no siempre este el caso.

1.2 DEFINICION E IDEAS DE LA TERMODINÁMICA.

Como todas las ciencias, la termodinámica involucran el modo matemático del mundo real. Para que las deduciones matemáticas sean consistentes, no necesitamos definiciones exactas de los conceptos básicos los que sigue es una distanciación de alguna de los conceptos que necesitaremos.

1.2.1EL MODELO DEL MEDIO CONTINUO.

La materia se puede describir al nivel molecular (microscopio) usando las herramientas de la mecánica estadísticas y de la teoría cinetica. Para la ingeniería vasta conocer la información para un promedio, es decir una descripción macroscópica y una descripción macroscópica. Exsiten dos razones para tal sintonicacion primero, una descripción microscópica de una dispositivo de ingeniería puede ocurrir demasiada información para ser procesada tenemos como un milimétrico cubico de aire y temperatura presicion estándar que contiene 10x10E16moleculas y cada una de ellas con una presicion y una velocidad asociada en segundo lugar y mas importante la posición en la velocidades microscópica resultan general mente inútiles para determinar como los sistemas macroscópicos actuaran o reaccionaran a menos, claro que se intengra sus efectos total.

La mayor parte de los problemas costa relacionadas con dimensiones físicas y en la mayoría de los casos se presume un medio contiguo donde las variaciones de las propiedades físicas que constituyen al medio son tan suaves que se puede utilizar el calculo diferencial para el

análisis se puede decir en termino medio continuo se hace tanto para definir un medio continuo, como cualquier porsion de material cuyo comportamiento se puede describir alocadamente por este método. Exsiten tres grandes grupos de métodos continuos: mecánica de solido rigido, mecánica de solidos deformables, mecánica de fluidos.

Que distingue asu vez entre: fluidos comprensibles y fluidos incomprensibles. Cabe señalar que la termodinámica clásica se refiere solamente a modelo de medio continuo.

1.2.2 EL CONCEPTO DE SISTEMA

Como definición del sistema se puede decir es un conjunto de elementos con relación de integración e interdependencia que le confiere identidad propia al formar un todo unificado.

Un sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia cualquier región del espacio etc, seleccionado para estudiarlo ailarlo mentalmente de todos los demás. Asi todo lo que rodea es entonces el entorno o el medio donde se encuentra el sistema. El sistema y su entorno forman el universo, como se muestra en la figura.

La envoltura imaginaria encierra un sistema y la separa de las inmediaciones (entorno) se llama frontera del sistema y pude pensarse que tiene propiedades espesiales y q sirven para dos puntos.

a) Aislar el sistema del entorno o para permitir la interaccion de un modo especifico entre el sistema o en su ambiente. Es muy importante definir la frontera del sistema como una superficie y no otro sistema, puede quedar claro que el espesor de una superficie es matemáticamente o por lo que la frontera no puede contener de manera u ocupar un lugar en el espacio. El valor de una propiedad que es medida en el punto exacto de la frontera debe ser por tanto, el valor del sistema asi como el del entorno, ya que después del todo el sistema y el entorno esta en contacto en ese punto.

Los sistemas termodinámicos se pueden clasificar: aislador, cerrado, y abiertos.

El sistema aislado en el que no puede intercambiar materia o energía con sus entornos y este es un modelo imaginaria cuya frontera o limite del sistema impiden cualquier tipo de intercambio como se muestra en la figura 2.

El sistema cerrado es el sistema que solo puede intercambiar energía por su entorno paro no materia, es decir, aquel cuya frontera admite únicamente el intercambio de energía como se muestra en la figura 3.

En la figura 4 se muestra la que se denomina sistema abierto que es el que puede intercambiar materia o energía en su entorno. Al trabajar con dispositivos tales como motores que es a menudo utilizar definir el sistema de un volumen identificable sea fijo o determinado donde se presenta tantos flojo de entrada como se muestra en la figura 5.

Un sistema termodinamico es un sistema macroscópico, es decir, un sistema cuyo detalle de sus características microscópicas ( comprendidas la posición ni la velocidad de las partuculas en cada instante) el inaccesible y donde solo son accesibles sus características autodidactica.

EL CONCEPTO DE ESTADO.

La condición o existencia en un sistema termodinamico en un punto particular y en un determinado punto de tiempo se describe por un

conjunto interrelacionado de cantidades susceptibles de ser medidas llamdas propiedades termodinámicas nos referimos a la condición

descrita por dicha propiedades como estado.

Las propiedades termodinámicas son aquellas cantidades cuyos valores numéricos no dependen de la historia del sistema, es decir, son independientes de la ruta seguida de 2 diferentes estados. Las cantidades como presión y temperatura son propiedades termodinámicas ya que son valores dependen estrictamente de la condición instantánea durante el cual son medidas. Como ejemplo de cantidades y no son propiedades termodinámicas son trabajos, calor, tranferencia de masas, transferencia de energía, generación de entropía, perdida de trabajo disponible, perdida de energía y muchos otras.

Las propiedades termodinámicas cuyas valores dependen del tamaño del sistema son llamado propiedades extensivos, y son aquellos que no dependen del tamaño del sistema (presión, temperatura).

Pero los estados de la materia no solo dependen de los estados de la materia, sino también de la presión a la que están sometidos. A si por ejemplo, y para el agua aumenta la presión el ´punto de evaporizacion es mayor a 100˚c y al contrario, si la presión a la que esta sometida disminuye, puede hervir o cambiar de estado temperaturas menores a 100˚c para su estudio se construye líneas que representan su cambio de estado, para el lado particular se establece la figura 2.1.

El punto de estado donde la línea de líquidos saturados y los vapores saturados se le llama punto crítico. La existencia del punto crítico demuestra que la distinción entra la fase liquida y gaseosa, para la sustancia de agua en particular las propiedades de punto crítico son Tc= 373.95 c, Pc= 22.06 MPA, Vc= 0,003106 m3/kg.

2.4 DIAGRAMA PRESIÓN DE TEMPERATURA.

La superficie puede proyectarse sobre el plano P-p y el plano P-V y el P-Pv.

En la figura 2.3 (c un punto de estado de la curva de vaporización la presión o temperatura de este estado se conoce como la presión de saturación y temperatura de saturación la presión de saturación se conoce también como la presión de vapor.

Otro estado único de la materia está representado por el punto triple y señalado como el punto triple, implica que en este estado triple coexisten las tres fases. El punto triple del agua se le asigna T= 0.01 C y P= 0.6117 Kpa.

2.5 DIAGRAMA PRESIÓN VOLUMEN ESPECÍFICO.

En la figura 2.4 se muestra la proyección de la superficie sobre el plano p-v,t-v donde se puede representar un punto en la región vi fasica indicando que es una mescla líquido y vapor saturados en el diagrama presión volumen se observa la regiones de liquido comprimido, zona de liquido-vapor y la zona de vapor sobre calentado.

Se denomina liquido comprimido o liquido subenfriado, a un liquido que esta sometido a una presión mayor de equilibrio liquido-vapor correspondiente a la temperatura que se encuentra, es decir cuando no esta apunto de evaporarse. Un liquido apunto de evaporarse se le llama liquido saturado, se encuentra en condiciones de equilibrio con su vapor.

Un vapor que esta apunto de condensarse se le llama vapor saturado.

Se denomina vapor sobre calentado a un vapor que se encuentra a una temperatura superior a la equilibrio de su liquido correspondiente a la presión que esta sometido.

Para diferencial de un estado de liquido saturado o vapor saturado, se hace el uso del subindice F para indicar el estado liquido saturado mientras el subindice G se aplica para señalar un estado de vapor saturado. El subindicecombinaod FG se utiliza para indicar el cambio de una propiedad de liquido saturado a vapor saturado.

2.6 TITULO (CALIDAD)

El titulo del vapor húmedo es el procentaje de vapor que contiene una sustancia en su proceso de cambio de fase normal mente representada mediante el símbolo X, también se expresa en fracción de humedad el liquido solo tiene un calidad de 0% (X=0). El vapor húmedo que se genera en un vapor saturado cuyo titulo es igual a la unidad es decir que no tiene humedad. Matematicamente se expresa como la fracción de la maza de vapor sobre la maza total de la mescla calidad=x=mvapor/mtotal=mg/mf+mg.

Conocido el titulo de un vapor, será posible calcular el valor especifico de cualquier propiedad intensiva de una sustancia, en base de las propiedades del vapor saturado y liquido saturado que integra el vapor húmedo. Por ejemplo el volumen especifico de vapor húmedo con calidad X baldra:

La diferencia de los valores del volumen de vapor saturado y volumen saturado aparecen con frecuencia en los cálculos de valor denotamos con el subindice esto Por lo tanto la ecuación 2.2 es .

2.7 TABLA DE LAS PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS.

Las propiedades especificas de vapor de agua, tanto del vapor saturado como del vapor sobrecalentado se encuentran en tablas a diferentes presiones y temperaturas , en estas propiedades especificas que se deben conocer son.

Estas propiedades pueden ser por ejemplo de liquidos saturados, de vapor saturado, o cambio de liquido saturado a vapor saturado

El subindice f se utiliza para indicar: df-volumen especifico de liquido saturado.

Uf-energia interna especifica de liquido saturado.

Hf-entalpia especifica de liquido saturado.

Sf-entropia especifica de liquido saturado.

El subince g se utiliza para indicar:

Pg-volumen especifico de vapor saturado.

Ug-energia interna especifica de vapor saturado.

Hg- entalpia especifica de vapor saturado.

Sg- entropía especifica de vapor saturado.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Objetivos.

Introducir conceptos vasicos de la requiero por la segunda ley de la termodinámica.

Introducir el concepto de entropía

Presentar el siclo y la maquina karnot

El primor principio de la termodinámica, nos permite afirmar que las diversas formas de energía son equivalentes, pero no nos dice nada en cuento la posibilidad de la conversión de un sirto tipo de energía en otro y la imitaciones que pueden o no exisitir para dichas transformación.

El segundo principio el que nos indicara las limitaciones que existe en las transformaciones energéticas.

ENUNCIADOS DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

Enunciado de nicolasleonarzandi a renot (1776-1832) para entender adecuada mente el enunciado de Carnot el segundo principio debemos el primer lugar, definir lo que se entiende en el o maquinas térmicas se entiende por maquinas térmicas todo equipo que transforma calor en trabojomecanico y coperandosiclicamente, es decir que toda maquina térmica esta constituida por siertos mecanismos y algún fluido que evolucionan ellos, de manera que describir dichos fluidos un siclo termodinamico se produce la conversión de una sirta cantidad de calor en trabajo mecanico. En dicho concepto en maquina térmica el enunciado de Carnot puede espresarse:

“toda maquina térmica requiere para su funcionamiento almenos dos fuentes de calor a diferentes fuentes de temperatura. La maquina funcionara tomando calor en la fuente de mayor temperatura, que denominaremos fuerte caliente, producirá trabaja y entregaran calor a la fuente de menos temperatura, que denominaremos fuente fría”.

Representación de una maquina térmica que funciona de acuerdo con el enunciado de Carnot.

Según kevin-plank el enunciado es el siguiente, es imposible construir un solo deposito de calor que, mientras funciones siguiendo un siclo, produzca otros defectos el de realizar trabajos de avace de tomar calor de dicho deposito enfriándolo”.

Este enunciado exije que cualquier dispositivo siclico que produzca un trabajo neto intercambie calor por lo menos por dos fuentes térmicas a diferentes temperaturas.

El postulado que los motores térmicos exigen que los motores térmicos funcionan entre dos cuerpos en diferentes temperaturas. Sin embargo,

el cuerpo a baja temperatura no puede ser una fuente de energía como los de alta temperatura.

Según clausius estudia las posibilidad de intercambio de calor entre dos fuentes a diferentes temperaturas el enuncuiado se expresa “es imposible la existencia de un sistema que peude funcionar de modo que su único efecto se una tranferencia de energía mediante calor de un cuerpo frio a otro mas caliente.

Esta exigencia describe simplemente una maquina un dispositivo que funciona siclicamente, transfiere energía térmica desde una región de baja temperatura a otras asta de las altas temperaturas.

EQUIVALENCIA DE LOS ENUNCIADOS.

La diferencia de los enunciados de Carnot, kelvin y planck es evidente y no necesita demostración para demostrarla equivalencia entre el enunciado de kelvin y plant y clausius como se ve en el esquema siguiente.

Podemos planear el siguiente balance de energía para la maquina cíclica es W+Q2=Q3 pero la energía Q3 se divide en dos Q3=Q4+Q1 a demás: Q1=w

En cunclusion la violacions de kelvin y plant implican violar el enunciado de causius.

PROCESOS IRREVERSIBLES.

Se dice que un proceso irreblesible, que un proceso a tenido lugar, resulta imposible devolver al sistema y a todas las martes del entorno asu respectivas partes iniciales un ejemplo de las tranformaciones naturales es el rosamiento se prodice que el desplazamiento de un cuerpo solido cuando esta en contacto con otro, como se ve en la figura.

El cuerpo de la posición 1 al ser desplazado ala posición 2 realizo trabajo por la fuerza exterior, este trabajo por el rozamiento se convertirá en energía térmica que inicialmente quedara incorporada al cuerpo y sobre el cual rozo, después de un tiempo esta energía térmica transferirá al medio que lo rodea.

En resumen los procesos irreversibles incluyen una o más de las siguientes irreversibilidades.

1) Transferencia de calor a través de una diferencia finita de temperatura.

2) Expansión libre de gas o líquido hasta una presión más baja.3) Reacción química espontánea.4) Mezcla espontánea de sustancias con diferente composición o

estado.5) Rozamiento-tanto de desplazamiento como de viscosidad en el

seno de un fluido.6) Flujo de corriente eléctrica a través de una resistencia eléctrica.7) Magnetización o polarización por histéresis.8) Deformación y piroplástica.

LA ENTROPIA BASE DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA.

Mucho de los fenómenos tiene naturaleza dimensional, si embargo los enunciados presentados necesitan una forma analítica aplicable a los procesos energéticos. Es ahora que se muestra una expresión matemática para la propiedad llamada entropía, si los procesos son todos reversibles, ningún trabajo neto tendrá que suministrarse, en otras palabras, la integral cíclica de dwA es igual a 0 y, por tanto podemos escribir la expresión de la desigualdad de clausius:

Esta ecuación conduce a un resultado importante. Si la integral a lo largo del ciclo arbitrario de una magnitud es 0, entonces la magnitud es una propiedad y se le ha dado el nombre de entropía llamada también ecuación de la segunda ley de la termodinámica.