Download conceptos basicos. clase 1

Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior.
Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda.
Área de Tecnología
Departamento de Energética
Conceptos básicos de
Termodinámica
Ing. Cornelio Martínez.
Termodinámica
Therme: calor
Dynamis: movimiento (fuerzas)
Siglo XVIII:“Estudio de las fuerzas que originan el calor”
Estudio de las máquinas de vapor
HOY : “Ciencia que estudia las transformaciones energéticas:
mecánica, eléctrica, química ,nuclear ,etc ”.Se ocupa de
estados de equilibrio y no de estados dinámicos.
Hidroeléctrica
Eólica
Geotérmica
Solar
Nuclear
Gas Natural
Petróleo
Carbón
Interrelaciones que existen entre las distintas formas de
energía y el desorden del universo.
Otras definiciones:
• Parte de la física que estudia la energía y la entropía.
• Ciencia que estudia la relación entre el calor y el
trabajo y de aquellas propiedades de las sustancias
que guardan relación con ellas.
Leyes de la termodinámica
Ley cero de la termodinámica (1925, Fahrenheit
(1736)): Establece el equilibrio térmico, permite
garantizar la reproducibilidad de las mediciones de
temperatura.
Termómetro sin marcas.
Igual nivel de mercurio
Diferentes tiempos
Conclusión Igual
temperatura
Primera Ley de la termodinámica (1843,Joule):
Establece la conservación de la energía en el universo.
Leyes de la termodinámica
Segunda ley de la termodinámica (1824, Clausius, Kelvin y
Planck):
Establece que la entropía total del universo siempre crece.
Determina
la
espontaneidad
de
los
procesos.
Tercera ley de la termodinámica (1923,Lewis y Randall).
La entropía de las sustancias cristalinas perfectas se considera
nula (cero)
a la temperatura del cero absoluto.
Descripción de la Unidad Curricular
La unidad curricular Termodinámica Básica
consta de conocimientos básicos en lo
referente a las transformaciones energéticas.
En ella se describen procesos y sistemas en los
cuales
se
llevan
a
cabo
dichas
transformaciones, nos permite estimar
propiedades y predecir la ocurrencia o no de
un proceso.
Objetivos del curso
OBJETIVO GENERAL DE LA UNIDAD CURRICULAR .
• Aplicar
los
conceptos
y
principios
termodinámicos en la resolución de
problemas típicos de Ingeniería, que nos
permita
alcanzar un nivel básico
de
habilidades de los profesionales de esta rama
y así poder contribuir con el desarrollo
tecnológico y social del país.
Objetivo Didáctico
Unidad
I. Conceptos Básicos.
Objetivo
- Utilizar el lenguaje adecuado que facilite la
comprensión de los contenidos a desarrollar
durante el curso, a través de definiciones y
conceptos básicos propios de termodinámica.
Sistema termodinámico
• Sistema : Porción del universo definida por el
observador para llevar a cabo un estudio.
Lugar o
volumen
de control
Energía
Observador
Sistema
Energía
Sistema termodinámico
• Fronteras: Son los límites que define un
sistema y pueden ser físicos (reales) o
imaginarios; móviles o fijas.
•Alrededores : Es todo aquello que no forma
parte del sistema. (lo que rodea al sistema)
Universo = Sistema + Alrededor.
Sistema termodinámico
• Sistema termodinámico: Cantidad de materia
de masa fija sobre la cual se enfoca la
atención para su estudio.
• Sistema cerrado: Es aquel sistema en el cual
no existe transferencia de materia a través de
la frontera. Se pueden intercambiar diferentes
formas de energía.
Volumen de control.
• Volumen de control : es un sistema definido
cuando esta involucrado un flujo de masa
durante su estudio.
• Sistema abierto: Es aquel que intercambia
materia a través de las fronteras.
• Sistema aislado: Es aquel que no percibe
influencias del alrededor. Ni el calor ni el trabajo
cruzan las fronteras del sistema.
Propiedad termodinámica
• Propiedad termodinámica: es una variable que cuantifica la
situación de un sistema. Esta depende del estado del sistema y es
independiente de la trayectoria (esto es, de sus antecedentes) por
la cual haya llegado a dicho estado.
Podemos clasificarlas en: intensivas y Extensivas.
• Propiedades intensivas: Aquellas que NO dependen de la masa del
sistema. (Ejemplo : presión (P), Temperatura (T), densidad (ρ).
• Propiedades extensivas: Aquellas que dependen de la masa del
sistema. . (Ejemplo : peso (F = m x g), Volumen (V)
Propiedad intensiva = (propiedad extensiva / masa )
Volumen especifico= Volumen / masa
Estado.
• Estado: es la condición del sistema definida
por sus propiedades independientes.
Procesos.
• proceso: es la transformación de un estado a
otro, siendo el camino del proceso la serie de
estados a través de los cuales pasa.
Proceso
característica
Isotérmico
Temperatura constante
Isobárico
Presión constante
isocórico
Volumen constante
Isentrópico
Entropía constante
Adiabático
Q = 0 , no existe transferencia de
calor.
Ciclo.
• Ciclo: es un proceso que comienza y termina
en un mismo estado. Las propiedades varían
durante el transcurso del ciclo. Pero al volver
al estado inicial
todas las propiedades
vuelven a tomar sus valores originales.
• Equilibrio: es cuando en un sistema no
ocurren cambios en sus propiedades sin un
estímulo externo.
Fase.
• Fase: cantidad homogénea y uniforme de
materia.
• Sustancia de trabajo: es la materia a
considerar dentro del sistema en estudio. Las
propiedades termodinámicas dependen de su
naturaleza y de las condiciones de operación.
Sistema de unidades y factores de
conversión.
Cuantificar y estandarizar mediciones
Sistemas de unidades.
1. Sistema internacional
2. Sistema ingles.
3. Sistemas de ingeniería.
Medidas.
• Dimensión: cantidad física factible de ser
medida.
• Unidad: cantidad que se toma como una
medida de una dimensión.
• Magnitud: número obtenido como resultado
de una dimensión.
Sistema Internacional
(unidades básicas).
Dimensión
Unidad
Símbolo
kilogramo
Kg
longitud
metro
m
tiempo
segundo
s
Kelvin
K
Intensidad
luminosa
candela
Cd
Intensidad de
corriente
amperio
A
Cantidad de
materia
mol
mol
ángulo plano
radian
rad
ángulo sólido
esteradian
sr
masa
temperatura
Sistema Internacional
(unidades derivadas).
Dimensión
Unidad
Símbolo
Equivalencia
Fuerza
Newton
N
Kg m/ s2
Energía
Joule
J
Kg m2/s2
Potencia
Vatio(watt)
W
Kg m2 /s3
Presión
pascal
Pa
Kg/ms2
Prefijos
Prefijo
Símbolo
Factor
Tera
T
1012
Giga
G
109
mega
M
106
kilo
K
103
deci
d
10-1
centi
c
10-2
mili
m
10-3
micro
µ
10-6
Múltiplos de unidades del SI
Unidad
Símbolo
equivalencia
bar
105 Pa
tonelada
t
103 Kg
litro
L
10-3 m3
hectárea
ha
104 m2
bar
Sistema Ingles
(unidades básicas).
Dimensión
Unidad
Símbolo
masa
libra
lb
longitud
pie
ft
tiempo
segundo
sec
fahrenheit
oF
temperatura
Múltiplos de unidades del Sistema ingles
Unidad
Símbolo
equivalencia
1 pie
ft
12 in
1 yarda
yd
3 ft
1 pie cubico
ft3
1728 in3
1 British thermal
unit
BTU
252 cal
1 horse power
hp
254,86 Btu/hr
Sistemas de ingeniería
Dimensión
Sistema ingles de ingeniería
Unidad
Símbolo
Libra masa
lbm
longitud
pie
ft
tiempo
segundo
sec
temperatura
farenheit
oF
Libra -fuerza
lbf
masa
Fuerza
Dimensión
Sistema internacional de ingeniería
Unidad
Símbolo
Kilogramo- masa
kgm
longitud
metro
m
tiempo
segundo
s
Celsius
oC
kilogramo -fuerza
Kgf
masa
temperatura
Fuerza
Sistemas de ingeniería.
• Kilogramo-fuerza: Fuerza ejercida por el
campo gravitacional de la tierra sobre la masa
de un kilogramo.
F = m. a
1 Kgf = 1 Kg . 9,8 m/s2
¿¿¿¿ 1 = 9,8 m/s2 ????
inconsistentes
Constante gravitacional.
F = (m. a)/gC
gC = 9,80665 (Kgm . m)/ kgf . S2
gC = 32,17405 (lbm . ft)/ lbf . sec2