termodinamica guia

TERMODINAMICAINGENIERIA AGROINDUSTRIAL

V SEMESTREUNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR SECCIONAL AGUACHICA

DOCENTE: ING. RODRIGO RENE CUELLO MARIN

CAPITULO I

INTRODUCCION.

La termodinámica es una teoría de una gran generalidad, aplicable a sistemas de estructura muy elaborada con todas las formas de propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas complejas. Puesto que la termodinámica se focaliza en las propiedades térmicas, es conveniente idealizar y simplificar las propiedades mecánicas y eléctricas de los sistemas que estudiaremos.

En nuestro estudio de la termodinámica idealizaremos nuestros sistemas para que sus propiedades mecánicas y eléctricas sean lo más triviales posibles. Cuando el contenido esencial de la termodinámica haya sido desarrollado, será una cuestión simple extender el análisis a sistemas con estructuras mecánicas y eléctricas relativamente complejas. La cuestión esencial es señalar que las restricciones en los tipos de sistemas considerados no son limitaciones básicas sobre la generalidad de la teoría termodinámica, y sólo se adoptan meramente para la simplificación expositiva. Restringiremos (temporalmente) nuestra atención a sistemas simples, definidos como sistemas que son macroscópicamente homogéneos, isotrópicos, y desprovistos de carga eléctrica, que son lo suficientemente grandes para que los efectos de frontera puedan ser ignorados, y que no se encuentran bajo la acción de campos eléctricos, magnéticos o gravitacionales. (Callen)

La disponibilidad de la energía y la habilidad de las personas para aprovechar esa energía en forma útil han transformado nuestra sociedad. Hace apenas unos siglos, la mayoría de la población luchaba por subsistir produciendo la comida de consumo local. Actualmente, en muchos países una pequeña fracción de la fuerza de trabajo total produce abundante comida para toda la población y mucha de esta gente queda libre para otras actividades. Es posible viajar grandes distancias en poco tiempo mediante la elección de transportes (incluyendo tanto viajes a la órbita de la tierra como a nuestro satélite natural más cercano, por ejemplo); es posible la comunicación instantánea con personas en cualquier lugar de la tierra; se tienen los medios para controlar grandes cantidades de energía a nuestro antojo personal en forma de automóviles,

TERMODINAMICA, preparado por: Ing. Rodrigo Rene Cuello Marín

herramientas eléctricas, aparatos y condicionamiento del bienestar en las viviendas.

La termodinámica se define como el estudio de la energía, sus formas y transformaciones, así como sus interacciones con la materia.

Dada su generalidad, la termodinámica es la ciencia básica que sirve de punto de partida para el estudio de muchos otros temas de ingeniería; el más obvio es la transferencia de calor, el cual se refiere a cómo la energía pasa de un material o de un lugar a cierta temperatura, a otro material o a otro lugar a una temperatura diferente; la mecánica de fluidos se refiere a los fluidos en movimiento bajo la acción de fuerzas externas y a las transformaciones de la energía entre las formas mecánica y térmica durante dicho movimiento; muchos temas de la ciencia de materiales, como aquéllos que consideran las cantidades relativas de varias formas estructurales de los materiales presentes en los sólidos y la manera en que estas cantidades relativas cambian en diferentes condiciones; y, en cierta forma, todos los temas que se refieren a la energía en cualquiera de sus formas.

Otra forma de observar el alcance de la termodinámica en los estudios que interesan a los ingenieros consiste en examinar sus muchos y diversos campos de aplicación. Entre éstos se incluyen las plantas de potencia (combustibles fósiles, fisión nuclear, fusión nuclear, solar, geotermia, etc.); las máquinas (de vapor, de gasolina, diesel, turbinas de gas estacionarias y de propulsión, cohetes, etc.); acondicionamiento de aire y sistemas de refrigeración de todos tipos; hornos, calentadores y equipos de procesos químicos; el diseño de equipo electrónico (por ejemplo, evitar la sobrecarga y falla de componentes individuales, tableros con circuitos y conjuntos mayores, así como comprender el comportamiento químico de los semiconductores); el diseño de equipo mecánico (por ejemplo, en lubricación de cojinetes para predecir las sobrecargas y subsecuentes fallas debidas a la aplicación de cargas excesivas y en el diseño de frenos para predecir la rapidez del desgaste lineal debido al calentamiento por fricción y a la erosión); y en los procesos de manufactura (donde, por ejemplo, el desgaste de los taladros con frecuencia se debe al calor por fricción de la cara cortante). Como se ve, resulta relativamente fácil demostrar que la termodinámica, en su más amplio sentido, es la ciencia que sirve de base a muchos campos de la ingeniería; aun los de la mecánica pura requieren relaciones de conservación de la energía, las cuales están sujetas a los principios más generales de la termodinámica

CONCEPTOS Y DEFINICIONES FUNDAMENTALES

Definición de sistema, entorno y universo

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Un sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier región del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de todo lo demás, lo cual se convierte entonces en el entorno del sistema. (Abbott y Vanness)

El sistema y su entorno forman el universo.

La envoltura imaginaria que encierra un sistema y lo separa de sus inmediaciones (entorno) se llama frontera del sistema y puede pensarse que tiene propiedades especiales que sirven para: a) aislar el sistema de su entorno o para b) permitir la interacción de un modo específico entre el sistema y su ambiente. (Abbott y Vannes)

Llamamos sistema, o medio interior, la porción del espacio limitado por una superficie real o ficticia, donde se sitúa la materia estudiada. El resto del universo es el medio exterior. La distinción entre sistema y entorno es arbitraria: el sistema es lo que el observador ha escogido para estudiar. (Thellier y Ripoll)

Si la frontera permite la interacción entre el sistema y su entorno, tal interacción se realiza a través de los canales existentes en la frontera. Los canales pueden ser inespecíficos para interacciones fundamentales tales como el calor o la interacción mecánica o eléctrica, o muy específicos para interacciones de transporte.

Sistemas aislados, cerrados y abiertos

Sistema aislado es el sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno.

Sistema cerrado o masa de control, es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia.

Sistema abierto o volumen de control es el sistema que puede intercambiar materia y energía con su entorno.

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Sistema termodinámico

Un sistema termodinámico es un dispositivo o combinación de dispositivos que contienen una cantidad de materia que se estudia. La superficie puede ser abierta o cerrada a los flujos de masa y puede haber flujos de energía a través de ella, en términos de transferencia de calor y trabajo.

Estado de un sistema y sus transformaciones

La palabra estado representa la totalidad de las propiedades macroscópicas asociadas con un sistema; algunas bien conocidas son temperatura, presión y densidad. Cualquier sistema que muestre un conjunto de variables identificables tiene un estado termodinámico, ya sea que esté o no en equilibrio. (Abbott y Vanness)

Cada una de las propiedades de una sustancia en un estado determinado tiene sólo un valor definido y estas propiedades siempre tienen el mismo valor para un estado determinado, una propiedad se puede definir como cualquier cantidad que depende del estado del sistema y que es independiente de la trayectoria por la cual el sistema llego al estado que se considera.

Las propiedades termodinámicas pueden dividirse en dos clases generales: intensivas y extensivas. Una propiedad intensiva es independiente de la masa; el valor de una propiedad extensiva varía directamente con la masa.

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Las propiedades extensivas por unidad de masa son propiedades intensivas. Algunas propiedades se definen en términos de otras, por ejemplo la densidad.

Cuando dos de ellas se fijan o sus valores se mantienen constantes para una sustancia homogénea pura, entonces el estado termodinámico de la sustancia está completamente determinado. Lo anterior significa que una función de estado, tal como la energía interna o la densidad, es una propiedad que siempre tiene un Valor; por consiguiente, puede expresarse matemáticamente como una función de las demás propiedades termodinámicas, tales como la temperatura y la presión, y es posible identificar sus valores con puntos sobre una gráfica.

La trayectoria de la sucesión de estados por los cuales pasa un sistema se llama proceso, un proceso es una sucesión de transformaciones, interacciones y actuaciones de un sistema determinado.

Ejemplos de procesos conocidos en la vida diaria son: calentamiento de agua en una tetera, secado de ropa en una secadora, calentamiento de aire en un secador de pelo, calentamiento de un guiso en un horno microondas.

Para describir por completo un proceso, deben especificarse sus estados final e inicial así como la trayectoria. Durante un proceso es importante considerar las variaciones de las propiedades del sistema con el tiempo.

SISTEMA EN ESTADO ESTACIONARIO: las propiedades del sistema no varían con el tiempo durante el proceso.

SISTEMA EN ESTADO TRANSIENTE: las propiedades del sistema varían con el tiempo durante el proceso.

La presión, temperatura y densidad son ejemplos de propiedades intensivas.

La masa y el volumen total son ejemplos de propiedades extensivas.

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Un sistema puede estar en estado estacionario para ciertas propiedades y en estado transiente para otras.

Cuando un sistema que se encuentra en un estado inicial experimenta varios cambios de estado diferentes o varios procesos y finalmente regresa a su estado inicial, el sistema ha pasado por un ciclo.

Estados de equilibrio y procesos casi al equilibrio

En termodinámica resulta importante el concepto de equilibrio, el cual está íntimamente ligado a las definiciones de propiedades y estados. Para un sistema, las propiedades que describen el estado de equilibrio del sistema deben ser constantes si dicho sistema no interactúa con los alrededores o si se permite la interacción completa del sistema con los alrededores sin cambio. A este tipo de estado se denomina estado de equilibrio y las propiedades son propiedades de equilibrio. Cuando el sistema está en equilibrio con sus alrededores no debe cambiar a menos que los alrededores lo hagan.En equilibrio térmico, la temperatura será la misma en todo el sistema, así mismo se puede hablar de equilibrio mecánico que se relaciona con la presión. Cuando al considerarse todos los posibles cambios de estado un sistema se encuentra en equilibrio, se dice que el sistema está en equilibrio termodinámico.

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transiente


Un proceso en cuasiequilibrio es uno en el cual la desviación del equilibrio termodinámico es infinitesimal y todos los estados por los que el sistema pasa durante un proceso en cuasiequilibrio se pueden considerar estados de equilibrio. Es un proceso lo suficientemente lento que permite que el sistema realice un ajuste interno de manera que las propiedades del sistema no cambien en una parte más rápido que en otras.

CALOR Y TRABAJO

Existen muchas formas de energía. La energía se ha definido como la capacidad de producir un efecto, la energía se puede almacenar dentro de un sistema y transferirse de un sistema a otro.

Calor y trabajo son dos formas de energía de transferencia; esto es que existen solamente cuando se está transfiriendo energía. Así, un cuerpo no puede tener calor ni puede tener trabajo.

El calor es la forma de energía que, a una temperatura dada, se transfiere a través de los límites de un sistema a otro sistema (o a su entorno) que está a una temperatura menor, transferencia causada solo por la diferencia de temperatura entre dichos sistemas.

El trabajo es la forma de energía por la que un sistema transfiere energía a otro cuerpo por la acción de una fuerza.

En el pasado se creía que el calor era una propiedad de los cuerpos que pasaba de uno a otro cuerpo como un fluido, al cual se le denominaba “calórico”.De calor existe una sola forma aunque hay varios mecanismos por los que se transfiere: conducción, convección y radiación. De trabajo existen muchas formas dependiendo en la forma en que actúa la fuerza. Por ejemplo: trabajo magnético, trabajo eléctrico, elástico y de película superficial.

Ejemplos de transferencia de calor

a. Cuando una tetera con agua se pone en la llama de la cocina, en la llama se está transformando la energía química del combustible, energía que toman los humos quemados. Esta energía es transferida en forma de calor a la base metálica de la tetera, la que por conducción la transfiere al agua. El agua recibe el calor y lo transforma en energía interna.

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Cuando no cambia ninguna de todas las propiedades posibles,el sistema está en equilibrio termodinámico.


b. Cuando colocamos un clavo metálico en una llama, la llama le transfiere la energía al clavo, al que la conduce hasta nuestra mano y percibimos dicha energía… nos quemamos.

c. Cuando hacemos funcionar un calefactor en invierno en una casa, el gas le transfiere energía a los tubos de cobre el que por conducción la transfiere al agua que fluye y el agua la transforma en energía interna y nos llega a la ducha agua mas caliente.

Ejemplos de transferencia de trabajo

a. Cuando colocamos una rueda cualquiera en un chorro de agua que cae en forma natural desde una altura, el chorro le transfiere la energía cinética a la rueda y esta gira produciendo una cierta cantidad de trabajo.

b. En un ventilador, la energía eléctrica que se le entrega, se transforma en trabajo de movimiento de las aspas del ventilador, trabajo que se gasta en desplazar el aire hacia el ambiente que le rodea produciendo movimiento del aire.

c. Cuando revolvemos una taza de café con una cuchara estamos entregando energía al café en forma de trabajo.

El calor solo puede medirse en función del efecto que produce, una cantidad de calor se define como la energía térmica necesaria para producir un cambio estándar. Las unidades de medida del calor son:La caloría que es el calor necesario para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de una sustancia. En general la unidad en el sistema internacional la unidad de calor es el joule.La unidad térmica británica BTU, es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de una sustancia.

En la definición de trabajo que es el producto de unidad de fuerza (un newton) que actúa a través de una distancia unitaria (un metro). Esta unidad para trabajo en unidades SI se conoce como joule (J).

1 J = 1 N.mComo el calor y el trabajo son formas de transferencia de energía hacia fuera o hacia dentro de un sistema. Por lo tanto, las unidades para el calor y en forma más general, también para cualquier otra forma de energía, son las mismas que las unidades para el trabajo, o al menos son directamente proporcionales a ellas. En el sistema internacional la unidad de calor (energía) es el joule.

TRES PROPIEDADES PRELIMINARES

1. Volumen (V): es el espacio ocupado por una cantidad de materia determinada.

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- Volumen específico (v). Es el volumen por unidad de masa, su inverso se conoce como densidad (ρ)

Las unidades SI, para el volumen especifico son m3/Kg.En unidades inglesas, las del volumen específico son pie3/lbm

2. Presión (P): es la fuerza ejercida por unidad de área.

La presión en un fluido en reposo en un punto determinado es la misma en todas direcciones y la presión se define como la componente normal de fuerza por unidad de área. La unidad de presión en el sistema Internacional es la fuerza de un newton que actúa sobre el área de un metro cuadrado, la que se llama pascal (Pa). Es decir, 1 Pa = 1 N/mEn el sistema ingles la unidad es libra fuerza por pulgada cuadrada (lbf/pulg2 o psi). Otras unidades que se utilizan son el bar y la atmósfera estándar,

1 atm = 101325 Pa = 14.696 lbf/pulg2

Presión barométrica: es la presión de la atmósfera y se mide con un instrumento llamado barómetro,

Donde: g = a la aceleración de la gravedad, cuyo valor aceptado es:g =9.806 m/s2 = 32.174 pies/s2

Presión absoluta: es la presión real de un sistemaEn termodinámica interesa la presión absoluta. Sin embargo la mayoría de los manómetros de presión marcan la diferencia entre la

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presión absoluta (Pa) y la presión atmosférica (Pb) que existe en el manómetro, se llama presión relativa (Pr) o manométrica,

Pr = Pa - Pb

3. Temperatura: se puede considerar a la temperatura como una manifestación del estado energético de las moléculas de una sustancia.Para medir la temperatura se utilizan comúnmente dos escalas, a saber, la escala Fahrenheit (°F) y la Celsius (°C). Ambas escalas se basaban en dos puntos fáciles de reproducir: el punto de congelación y el punto de evaporación del agua.La escala absoluta que se relaciona con la escala Celsius es la escala kelvin (K),

K = °C + 273.15

La escala absoluta relacionada con la escala Fahrenheit es la escala Rankine y se representa como R.

R = F + 459.67

LA LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

Esta ley establece que cuando dos cuerpos tienen igualdad de temperatura con un tercer cuerpo, a la vez tienen igualdad de temperatura entre si. Cada vez que un cuerpo tiene igualdad de temperaturas con el termómetro, se puede decir que el cuerpo tiene la temperatura leída en el termómetro.

EL CONCEPTO DE “GAS IDEAL”

El gas ideal es un modelo matemático que relaciona las variables presión (P), temperatura (T), volumen (V) y numero de moles (n) de una sustancia imaginaria cualquiera.

Pv = RT

Donde: R es una constante para un gas en particular, R = R’/M, R’ es la constante universal de los gases el valor de R’ es:R’ = 8.3145 kNm/kmolK = 8.3145 kJ/kmolK = 1545 (pie lbf)/(lb molR)M es el peso molecular.

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CAPITULO II

PROPIEDADES DE UNA SUSTANCIA PURA

Ahora estudiaremos las sustancias puras y se considerarán algunas de las fases en las que puede existir una sustancia pura, el número de propiedades independientes que puede tener y los métodos para presentar las propiedades termodinámicas.

Para determinar que puede obtenerse de los fluidos de ingeniería “trabajo asequible”, cantidad de enfriamiento etc., los ingenieros tienen que conocer las propiedades de sus fluidos de trabajo, propiedades como densidad y entalpía a una presión y temperatura dadas.

Los fluidos utilizados en la termodinámica son variables entre estos tenemos:

El agua como vapor, que es ampliamente utilizado en las plantas generadoras de energía.

Los refrigerantes, en la refrigeración necesitamos un fluido que se vaporice y condense en alguna parte por debajo de la temperatura ambiente. El amoniaco tiene esta propiedad y fue utilizado prácticamente de manera exclusiva hace mucho tiempo, sin embargo es venenoso y corrosivo. Luego fueron creados los Freones (son hidrocarburos con átomos de flúor y cloro unidos) su familia química es clorofluorcarbonados o CFC. Los freones fueron aclamados como refrigerantes ideales ya que no eran venenosos, ni corrosivos y químicamente inertes. Recientemente se descubrió que los refrigerantes (Freones) de los viejos refrigeradores domésticos, acondicionadores de aire y automotrices se vaporizaban elevándose a la atmósfera y su cloro atacaba la capa de ozono que estaba protegiendo la tierra contra la mortal radiación solar, así se encontró que los Freones eran dañinos. Estos están siendo reemplazados por una nueva familia de refrigerantes, los hidrofluorocarbonados o HFC, que DuPont llamo suvas. Estos compuestos son hidrocarburos con átomos de flúor unidos pero sin cloro. El más útil de ellos es el R-134a o HFC-134a que tiene la formula química: 1,1,1,2 tetrafluoroetano.

Los combustibles y el aire entre otros.

Para la óptima utilización en los diferentes equipos de generación de potencia es necesario conocer su naturaleza y propiedades.

LA SUSTANCIA PURA

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Una sustancia pura es aquella que tiene una composición química homogénea e invariable puede existir en más de una fase pero la composición química es la misma en todas las fases. Por ej. El agua liquida, una mezcla de hielo y agua y una mezcla de agua liquida y vapor de agua son todas sustancias puras; cada fase tiene la misma composición química.

Considere un sistema formado por 1 Kg. de agua contenido en un conjunto de cilindro-pistón.Suponga que el pistón y el peso mantienen una presión de 0.1 MPa en el cilindro y que la temperatura inicial es de 20 °C. a medida que se transfiere calor al agua la temperatura se eleva un poco, el volumen específico aumenta ligeramente y la presión se mantiene constante. Cuando la temperatura llega a 99,6 °C, una transferencia adicional de calor provoca un cambio de fase, algo del liquido se transforma en vapor durante este proceso tanto la temperatura como la presión permanecen constantes pero el volumen especifico se incrementa considerablemente. Cuando se ha evaporado la última gota de líquido, una transferencia de calor adicional ocasiona un incremento en la temperatura y el volumen especifico del vapor.

El termino temperatura de saturación o temperatura de ebullición designa la temperatura a la cual se lleva a cabo la evaporación a una presión dada. Esta presión se llama presión de saturación para la temperatura dada.

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La temperatura de saturación es aquella que a una presión dada una sustancia puede cambiar de fase


Si una sustancia existe como liquido a la temperatura y presión de saturación, se llama liquido saturado. Este es un líquido que esta apunto de evaporarse.Cuando la temperatura del liquido es menor que la temperatura de saturación para la presión existente, se llama liquido sobreenfriado (lo cual indica que la temperatura es menor que la temperatura de saturación para la presión dada) o liquido comprimido (lo cual significa que la presión es mayor que la presión de saturación para la temperatura dada).Si una sustancia existe como vapor a la temperatura de saturación, se llama vapor saturado. Este es un vapor que esta a punto de condensarse. Cuando el vapor está a una temperatura superior a la temperatura de saturación, se dice que existe como vapor sobrecalentado.

Otro término importante es el de mezcla saturada que es una sustancia que está entre los estados de líquido saturado y vapor saturado.

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Presión de saturación: presión a la cual una sustancia puede cambiar de fase a una temperatura dada


DIAGRAMA P-v

Supóngase ahora que el pistón regresa a su posición original en el aparato experimental de la figura 3.1 y que la temperatura del baño, que constituye los alrededores, cambia a un valor mayor, T, > T. Al mover el pistón lentamente para aumentar el volumen de la masa de control, manteniendo la temperatura de dicha masa constante en T, se encuentra una nueva isoterma en el diagrama P- v. Este procedimiento se puede repetir a temperaturas cada vez mayores y dibujar las isotermas para cada una, como se muestra en la figura 3.5.

Temperatura críticaA mayores temperaturas, disminuye la longitud de la línea difásica horizontal. Finalmente, para el agua, la isoterma en la región difásica correspondiente a una temperatura T = 374.14°C = 705.43°F, tiene una longitud nula. Es decir, existe una región donde no se distinguen las dos fases; si el volumen aumenta, el agua realiza la transición de líquido a vapor sin la aparición de la región de dos fases. Experimentalmente, si se mantiene el líquido original a esta temperatura o una superior, mientras se expande el volumen, no se puede decir cuándo el líquido se convierte en vapor, ya que no se forma ninguna interfase entre las fases; no es posible ver ninguna superficie líquida. Para el agua, este fenómeno tiene lugar a una presión y una temperatura tan elevadas que queda fuera de la experiencia cotidiana. A las altas presiones presentes en la región del diagrama P- v en que esto ocurre, cuando el volumen específico del líquido aumenta a lo largo de una isoterma, la presión de la masa de control disminuye continuamente. El volumen específico del líquido aumenta y la transición del líquido a gas tiene lugar lentamente a un volumen específico pequeño, sin una separación entre fases visible, por lo que se puede pensar que las dos “fases” tienen el mismo volumen específico (y por lo tanto la densidad) y consecuentemente no es posible distinguir una de otra. El mismo fenómeno tiene lugar para todas las isotermas que se encuentran sobre la temperatura crítica.

La temperatura más baja, a la cual la isoterma no presenta transición entre las fases, recibe el nombre de temperatura crítica T0. Es común denominar gas al vapor que se encuentra sobre la temperatura crítica y retener el nombre de vapor para la fase que podría existir en equilibrio con su fase líquida a la temperatura del vapor, si la presión aumentara lo suficiente.

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CALIDADCada una de las fases se encuentra en el punto de ebullición a la presión que existe en la masa de control para cada estado localizado sobre la línea de mezcla saturada. En esta forma, si se mide el volumen específico de la fase líquida para cualquier estado a lo largo de esta línea, se encuentra el mismo valor. El volumen específico del agua saturada a la temperatura de la masa de control, v f. De igual

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forma, el volumen específico del vapor para cualquier estado a lo largo de la línea de mezcla saturada es el volumen específico del vapor saturado, vg. Los subíndices f y g indican las fases líquida y vapor, respectivamente. Resulta relativamente simple tabular el volumen específico del líquido y del vapor saturado en función de la temperatura. Por lo tanto, es útil definir el volumen específico de la masa total v, correspondiente a la masa de control en cualquier punto sobre la línea difásica, en función de los volúmenes específicos de las fases individuales vf y vg. Con este objeto se introduce una propiedad llamada calidad de la mezcla difásica. La calidad se define como la masa de vapor presente en la mezcla difásica dividida entre la masa total y se representa por el símbolo x.

Para una masa de control difásica, la calidad varía desde 0, cuando la masa de control está compuesta únicamente de líquido saturado, hasta 1, cuando está constituida únicamente por vapor saturado. Con frecuencia, la calidad también se expresa como un porcentaje. Obsérvese que la calidad sólo está definida para la mezcla difásica constituida por líquido y vapor.

El volumen del sistema a lo largo de la línea difásica es:V= Vliq+ Vvap

Si consideramos una masa m que tiene una calidad x. La expresión anterior definirá el volumen o sea la suma del volumen del líquido y el volumen del vapor.En términos de la masa, la ecuación anterior se puede escribir en la forma

mv = mliqvliq + mvapvvap

Ya se había definido vf, para referirnos al volumen especifico del liquido saturado y vg, para el volumen especifico del vapor saturado, ahora bien la diferencia entre estos dos vg - vf, representa el incremento en volumen especifico cuando el estado cambia de liquido saturado a vapor saturado y de identifica como vfg.

Al dividir por la masa total, e introducir la calidad tenemos:

Al aplicar la definición vfg = vg – vf

La ecuación que se obtiene es de la forma:

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LAS TABLAS DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS

Se dispone de tablas de propiedades termodinámicas de muchas sustancias y, en general, todas estas tablas tienen la misma forma. Las tablas de vapor se escogen para ser el vehiculo de presentación de las tablas termodinámicas y por que el vapor se usa ampliamente en las plantas generadoras de energía y en los procesos industriales. Una vez que comprende uno las tablas de vapor, puede utilizar con rapidez otras tablas termodinámicas.

En realidad estas “tablas de vapor” están formadas por cuatro tablas separadas, cada una de las cuales está asociada con una región diferente de las posibles combinaciones de las dos variables, T y P. para cada conjunto de valores T y P (un estado), la tabla contiene valores de otras cuatro variables, v, u, h y s. Aquí se concentrará la atención en las tres primeras propiedades que ya se mencionaron a saber temperatura (T), presión (P) y volumen específico (v) y las otras propiedades que se enumeran en la tabla se estudiaran posteriormente.En la tabla termodinámica de vapor saturado de temperatura, la primera columna es la temperatura la columna que sigue indica la presión de saturación correspondiente en kilopascales (KPa) o megapascales (MPa). Las siguientes dos columnas dan el volumen especifico en metros cúbicos por kilogramo. La primera de estas columnas da el volumen especifico del liquido saturado, vf; la segunda columna indica el volumen especifico del vapor saturado, vg. Algunas tablas tabulan la diferencia vfg.En la tabla termodinámica de agua saturada de presión, la primera columna registra la presión la siguiente registra la temperatura de saturación para cada presión. La siguiente muestra el volumen especifico en forma similar a la anterior. Cuando es necesario, vfg se encuentra rápidamente al restar vf de vg. La tercera tabla de vapor, proporciona las propiedades del vapor sobrecalentado. En la región sobrecalentada, la presión y la temperatura son propiedades independientes y, por lo tanto, para cada presión se da un gran número de temperaturas y para cada temperatura se enumeran cuatro propiedades termodinámicas, siendo la primera el volumen especifico.La cuarta tabla de vapor, proporciona las propiedades del líquido comprimido. En particular cuando no se dispone de datos de líquido comprimido (subenfriado) se supone que es un líquido saturado a la temperatura dada.

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CAPITULO III

EFECTOS CALORICOS

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