ingenieria termodinamica i
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7/24/2019 INGENIERIA TERMODINAMICA I
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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
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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)
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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)
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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/
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T3R$NA #" A6$ON
GR31O "L"CTRG"NO
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MOTOR #" COM39T$N $NT"RNA (Comonen-es in-ernos)
MOTOR #" COM39T$N $NT"RNA
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A3TOM6$L
/0102 3E 45607
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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
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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
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