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Termodinamica: conceptos basicos (página 2)




Enviado por Diego Arredondo



Partes: 1, 2

ovimiento Análisis de energía de
sistemas de flujo estable Análisis de procesos de flujo
inestable UNIDAD #5 ENTROPIA OBJETIVOS DEL TEMA Introducir la
segunda ley de la termodinámica. Analizar depósitos
de energía térmica, procesos reversible e
irreversibles, maquinas térmicas, refrigeradores y bombas
de calor Diego Arredondo 23/08/2008-UAGRM

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PET- • • • • • 5.5. 5.7. • •
• • • • 6.2. 6.3. 6.5. 6.7. 6.8. •
• -4- TERMODINAMICA Ing. Oscar Vargas Antezana Describir los
enunciados de Kelvin-Plank y Clausius de la segunda ley de la
termodinámica. Aplicar la segunda ley de la
termodinámica a ciclos y dispositivos cíclicos
Describir el ciclo de Carnot Examinar los principios de carnot,
las maquinas térmicas idealizadas de Carnot,
refrigeradores y bombas de calor Determinar las expresiones para
las eficiencias térmicas y los coeficientes de
operación para maquinas térmicas reversibles,
bombas de calor y refrigeradores. CONTENIDO 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.
5.6. Introducción Depósitos de energía
térmica Maquinas térmicas Refrigeradores y bombas
de calor El ciclo de Carnot. Principios de Carnot La maquina
térmica de Carnot El refrigerador de Carnot y la bomba de
calor UNIDAD #5 ENTROPIA OBJETIVOS DEL TEMA Aplicar la segunda
ley de la termodinámica a los procesos Definir la
entropía, para cuantificar los efectos de la segunda ley
de la termodinámica Establecer el principio de incremento
de entropía Calcular los cambios de entropía que
tienen lugar durante los procesos para sustancias puras,
sustancias incompresibles y gases ideales Examinar los procesos
idealizados llamados isentrópicos, y desarrollar las
relaciones de propiedad de estos Aplicar el balance de
energía introduciendo la entropía a varios sistemas
CONTENIDO 6.1. 6.4. 6.6. 6.9. Entropía. Definición
El principio de incremento de entropía Cambio de
entropía de sustancias puras Procesos isentrópicos
Diagramas de propiedades que involucran a la entropía Las
relaciones Tds Cambio de entropía de sólidos y
líquidos Cambio de entropía de gases ideales
Balance de entropía 5. METODOLOGIA Y MEDIOS
Exposición dialogada y proyección de diapositivas
Exposición interactiva docente-alumno Diego Arredondo
23/08/2008-UAGRM

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PET- -5- TERMODINAMICA Ing. Oscar Vargas Antezana 6. EVALUACION
Evaluación sumativa y formativa de acuerdo a normas y
reglamentación interna. EXÁMENES 1º Ex.
Parcial 2º Ex. Parcial 3º Ex. Parcial Trabajos
Prácticos Diego Arredondo TEMAS Unidades 1 y 2 Unidades 3y
4 Unidades 5 y 6 PONDERACION 30% 30% 30% 10%
23/08/2008-UAGRM

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PET- -6- TERMODINAMICA Ing. Oscar Vargas Antezana
Tema Nro. 1 
Conceptos Básicos de Termodinámica 
1. INTRODUCCION UNIVERSO MATERIA ENERGÍA LEY DE LA
CONSERVACION MATERIA – ENERGÍA 1.1. Termodinámica:
Ciencia que estudia la energía y sus transformaciones.
1.2. Energía: Es la capacidad que tiene n cuerpo para
realizar un trabajo. 1.3. Trabajo: Es la transferencia de
energía asociada a una fuerza que actúa a lo largo
de una distancia. 2. Sistemas Termodinámicos 2.1. Sistema
Es la cantidad de materia elegida para un estudio. Ej: Una taza
de café, un intercambiador de calor, una planta
industrial, etc. Diego Arredondo 23/08/2008-UAGRM

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PET- Q -7- TERMODINAMICA Ing. Oscar Vargas Antezana ENTORNO
Frontera Sistema Transferencia de energía de un sistema a
otro Sistema Termodinámico Aislados Cerrados ?
discontinuos Abiertos ? continuos 2.1.1. Sistema Aislado ?
transferencia de materia ? transferencia de energía 2.1.2.
Sistema Cerrado Diego Arredondo W ? transferencia de materia ?
transferencia de energía 23/08/2008-UAGRM

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PET- mv -8- TERMODINAMICA Ing. Oscar Vargas Antezana 2.1.3.
Sistema Abierto 0 me ? ? transferencia de materia 0 ? ms ?
transferencia de energía 3. Formas de energía 3.1.
Energía Eléctrica ? Voltaje, intensidad de
corriente 3.2. Energía Química ? 3.3.
Energía Térmica 3.4. Energía Nuclear 3.5.
Energía Mecánica 3.5.1. Energía
Cinética Es aquella energía que posee un cuerpo
debido a su movimiento E p = 1 2 2 3.5.2. Energía
Potencial Es la energía almacenada que posee un cuerpo
debido a su reposo. E p = mgh “ La energía se puede
transformar de una forma a otra, se puede almacenar o se puede
transferir de un material a otro” Ejemplo: La caída
de agua en una represa, la combustión de la gasolina en un
motor, las reacciones químicas en las baterías,
etc. 4. Propiedades de un Sistema Son propiedad de un sistema:
masa, volumen, temperatura, presión, densidad, viscosidad,
otros. 4.1. Propiedades Extensivas Aquellas propiedades que
sí dependen de la cantidad de materia. (Masa, volumen)
4.2. Propiedades Intensivas: Aquellas propiedades que no dependen
de de la cantidad de materia: Temperatura, densidad viscosidad,
presión, volumen especifico. Diego Arredondo
23/08/2008-UAGRM

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PET- ? m3 ? 3 -9- TERMODINAMICA Ing. Oscar Vargas Antezana Toda
propiedad extensiva por unidad de masa se denomina propiedad
específica. V = V m ( volumen específico ) V = ? ?
( Propiedad termodinamica ) ? kg ? El V es una propiedad
intensiva 5. Estado y Equilibrio 5.1. Estado Esta definido por
sus propiedades o características propias. m = 8kg T =
20º C V = 5m Estado 1 5.2. Equilibrio No tiene
variación a lo largo del tiempo. Sus propiedades son: –
Térmico ? la temperatura no varía con el tiempo. –
Mecánica ? la presión no varía con el
tiempo. – Química ? la composición química
no varía con el tiempo. 6. Procesos y Ciclos 6.1. Proceso
Cambio de etapas – estados Estado 2 Trayectoria del proceso
Estado 1 m = 8kg T = 20º C V = 8m3 Estado 2 Diego Arredondo
23/08/2008-UAGRM

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PET- TERMODINAMICA Ing. Oscar Vargas Antezana 6.2. Ciclo Serie de
procesos que parten de un punto y vuelve al estado inicial. 2
Diagrama P-V 1 3 P 2 P Ciclo de 4 procesos 2 3 1 Ciclo de 2
procesos V 1 4 V 7. El postulado de Estado El estado de un
sistema viene definido por medio de sus propiedades. La
temperatura y la presión son propiedades independientes en
sistemas de una sola fase y dependientes en sistemas multifase.
7.1. Presión Se define como fuerza por unidad de
área. P = F A Diego Arredondo – 10 –
23/08/2008-UAGRM

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PET- TERMODINAMICA Sistema Pabsoluta Ing. Oscar Vargas Antezana
Patmosférica Pmanométrica Entorno Pabs = Pman +
Patm Pman = Pabs – Patm y PA > Patm Pvacío = Patm –
Pabs y Pab < Patm Santa Cruz 680mmHg ? 5mmHg ( P. vacío
) reducción de presión Sistema Cero ? Pabs = Patm
Pabsoluta Entorno 8. Temperatura Mide el grado de intensidad de
calor (Medida de intensidad de calor) 8.1. Ley Cero de la
Termodinámica Dos cuerpos se encuentran en equilibrio si
se encuentran a la misma temperatura, incluso con un tercer
cuerpo estarán en equilibrio entre sí. Diego
Arredondo – 11 – 23/08/2008-UAGRM

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PET- F N 8.2. Escalas de Temperatura TERMODINAMICA Ing. Oscar
Vargas Antezana Punto ºC de ºF K R ebullición
del 100 212 373.15 672 agua Punto de congelación del 0 32
278.15 492 agua Cero absoluto -273.15 -460 0 0 K =º C + 273
R =º F + 460 º F = 1.8º C + 32 Ejemplo 1. El
embolo de un dispositivo de cilindro-embolo contiene un gas con
una masa de 60kg, con un área de sección
transversal de 0.04 m2 . La presión atmosférica
local es de 0.97bares y la aceleración gravitacional es de
9.81 m s2 . Determinar la presión dentro del cilindro. m =
60kg A = 0.04m2 fw Patm Pabs = ? P = ; F = P · A A ? F = 0
Pabs 1Pa = m2 1bar = 100kPa Diego Arredondo – 12 –
23/08/2008-UAGRM

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PET- N 1 kPa 1bar N a · m2 TERMODINAMICA Patm · A +
W – Pabs · A = 0 A ( Patm – Pabs ) + mg = 0 Ing. Oscar
Vargas Antezana Pabs = Patm + mg A Pa = 0.97bar + 60kg ·
9.81 m s2 0.04m2 P = 0.97bar + 1471 2 · · m 1000T
m2 100 kPa Pa = 1.117bar Ejemplo 2. Determinar la masa de la
válvula de una olla de presión, cuya presión
de operación es de 100kPa manométricos y que tiene
un área de sección transversal con abertura de 4mm2
. Suponer una presión atmosférica de 101kPa y
dibujar e diagrama de cuerpo libre de la válvula. Patm
Vapor H 2O Patm = 101kPa Pman = 100kPa Pabs = 201kPa w 4mm2
· 1cm2 1m2 10mm2 100cm2 ? F = 0 Patm · A + mg –
Pabs · A = 0 A ( Patm – Pabs ) + mg = 0 A ( Patm – Pabs )
m = g A = 4mm2 Pabs Diagrama de cuerpo libre m = (4 ×10 -6
m2 )(100) kPa · 9.81m s2 100 N 1 kPa m = 0.0477 kg
· m m s2 s2 m = 40.77 gr Diego Arredondo – 13 –
23/08/2008-UAGRM

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PET- 1 2 m ? ( Ah ) g m kPa m 3 m 1000 N m2 TERMODINAMICA Ing.
Oscar Vargas Antezana Ejemplo 3. Se usa un manómetro para
medir la presión en un tanque. El fluido utilizado tiene
una densida relativa de 0.85 y la altura de la columna
manométrica es de 55cm. Si la Patm local es de 96kPa,
determinar la Pabs dentro del tanque. Patm Pabs = ? 1 h 2 P = P =
Pabs w Pabs ? F = 0 Patm · A + w – Pabs · A = 0 A (
Patm – Pabs ) + mg = 0 Pabs = Patm + mg A ? = ; m = ? ·V ;
V = Ah V Pabs = Patm + A Pabs = Patm + ? hg Pabs = 96kPa + 850
· 9.81 2 · 0.55 m s N 1kPa Pabs = 96kPa + 4586.175
2 · Pabs = 100.586kPa Diego Arredondo – 14 –
23/08/2008-UAGRM

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