CICLOS TRMICOS CONCEPTOS BSICOS Universidad Antonio Nario Puerto

CICLOS TÉRMICOS “CONCEPTOS BÁSICOS” Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

DEFINICIÓN • La termodinámica es considerada una ciencia que se encarga de estudiar, describir e interpretar las diferentes formas de interacción energética entre un sistema y sus alrededores. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

SISTEMA Y ALREDEDORES • En forma genérica, se puede considerar un sistema como una porción material que es seleccionada con el fin de ser estudiada. Todo lo externo a un sistema, se denomina alrededores. • La superficie que separa a un sistema de los alrededores recibe el nombre de “frontera” • Las fronteras puede ser fija o puede ser movil, dependiendo de si el sistema cambia de tamaño. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

SISTEMA Y ALREDEDORES La selección del sistema es subjetiva y depende principalmente de lo que se quiera medir. En un motor de combustión, podría seleccionarse como sistema la masa de la mezcla aire combustible confinada entre el cilindro y el pistón del motor. Esta selección es util cuando se quiere estudiar como cambian las variables termodínámicas de dicho mezcla. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

SISTEMA Y ALREDEDORES Todos los sistemas tienen un cierto nivel de energía que depende de sus condiciones macroscópicas y microscópicas. Los alrededores, el entorno también tienen otro nivel energético. Cuando los niveles de ambos son iguales, el sistema se encuentra en equilibrio, cuando no es así, existe una fuerza impulsora o potencial termodinámico que induce la interacción energética y el cambio de estado del sistema. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

TIPOS DE SISTEMAS • Los sistema usualmente se clasifican en: • Abiertos: permiten el flujo másico • Cerrados: no permiten el flujo másico Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

TIPOS DE SISTEMAS • Aislados: no hay ningún tipo de interacción energética entre el sistema y los alrededores Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

ESTADO TERMODINÁMICO Y PROPIEDADES • Las propiedades se clasifican en intensivas, extensivas y específicas. • Las propiedades intensivas son aquellas que son independientes de la masa del sistema(la presión, la temperatura, …) • Las extensivas son las que dependen de la masa(la energía cinética, la energía interna, . . ) • Las específicas son aquellas que se expresan por unidad de masa, se obtienen dividiendo una propiedad específica entre la masa del sistema(energía interna específica, volumen específico, …). Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

ESTADO TERMODINÁMICO Y PROPIEDADES • El estado no son mas que las condiciones o características en las que se encuentra un sistema en un instante determinado. Esas condiciones se determinan mediante la medición de las propiedades del sistema(Ej: presión, temperatura, volumen, masa, energía interna, etc). • Cualquier cambio en las propiedades del sistema se denomina proceso. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

PROCESOS Proceso isotérmico Proceso isobárico Proceso isocórico ó isovolumétrico Existen diverso procesos mediante los cuales un sistema puede cambiar de un estado termodinámico a otro. Algunos procesos especiales son el isotérmico(temperatura constante), el isobárico(presión constante), isocórico(volumen constante), adiabático(sin tranferencia de calor), etc. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

PROCESOS EN ESTADO ESTABLE • Son aquellos procesos en los cuales las propiedades en cada uno de los puntos del sistema permanece constante, a pesar de que puedan ser diferente entre cada uno de ellos. • P 1, P 2, y P 3 son diferentes entre si, pero sus valores son constantes en el tiempo. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

PROCESOS EN ESTADO TRANSITORIO • Son aquellos procesos en los cuales las propiedades en cada uno de los puntos del cambia en el tiempo • P 1, P 2, y P 3 tienen valores que dependen del instante de tiempo en el que se midan, Las propiedades no son constantes. • Normalmente los procesos tienen un intervalo de tiempo en estado transitorio y luego se estabiliza alcanzando su condición de estado estable. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

TEMPERATURA, LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA • La temperatura es una propiedad que mide indirectamente la energía cinética molecular o atómica de la materia o de las sustancias. Normalmente asociamos la temperatura con los términos frio o caliente, pero estos realmente no la definen apropiadamente. • La transferencia de calor es la forma de intercambio energético que se produce como consecuencia de la diferencia de temperatura entre un sistema y los alrededores u otros sistemas. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

TEMPERATURA, LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA • Cuando la temperatura entre el sistema y los alrededores es la misma, no hay transferencia de calor y se dice que el sistema esta en equilibrio térmico. (el potencial termodinámico en este caso es la temperatura). • En caso contrario, se produce la transferencia de calor y se dice que el sistema se encuentra en contacto térmico con los alrededores. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

TEMPERATURA, LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA • La Ley Cero de la termodinámica establece que si la temperatura de un sistema A es igual a la de un sistema B y la de este último sistema es igual a la de un sistema C, entonces la temperatura entre los sistemas A y C también es igual. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

ESCALAS DE TEMPERATURA • Existen dos escalas básicas una absoluta y otra “relativa” o centigrada. • La escala absoluta, toma como referencia el estado de la sustancia en el cual deja de tener agitación molecular. Este es el cero absoluto. • En la escala centígrada el cero es el punto en el cual el agua se congela y el punto en el cual alcanza su punto de ebullición se le asigna un valor de 100°, entre estos dos puntos existen 100 divisiones. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

ESCALAS DE TEMPERATURA • En el sistema internacional de unidades la escala absoluta es el Kelvin, mientras que la centigrada es el Celsius. • Existe una relación entre estas dos escalas que viene dada por la expresión: • T(K)=T(°C)+273. 15 K Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

ESCALAS DE TEMPERATURA • En el sistema Inglés la escala absoluta es el Rankine(R) y la centigrada es el Farenheit(°F) • La relación entre esta dos viene dada por: • T(R) = T(°F) + 460 R • De igual forma existe una relación matemática que permite convertir los valores de temperatura entre un sistema y otro. Una de las expresiones es la siguiente: • T(°F)=(9/5)T(°C) +32°F Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

PRESIÓN • La presión es una variable termodinámica que mide el cambio en la cantidad de movimiento promedio de las moléculas en una sustancia al chocar contra las paredes de un recipiente que las contiene o que las rodea. • La fuerza por unidad de área que se produce debido a estos choques se denomina presión. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

PRESIÓN • A presión se mide en Pascales(Pa) en el sistema internacional(Newton/metros cuadrados) y en Psi(libras fuerza/pulgadas cuadradas) en el sistema inglés. Hay otras unidades de mucho uso como son las atmósfera)(atm y los bares(bar). • La equivalencia entre algunas de estas unidades son: • 14. 69 Psi= 101350 Pa= 1 atm • 1 bar =100000 Pa Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA HIDRÓSTÁTICA • P=Pref +. h, donde “ ” es el peso específico del fluido y es igual al producto entre la densidad y la gravedad. • En muchas situaciones la presión de referencia es la atmósferica. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA HIDRÓSTÁTICA • Este principio establece que la presión en un fluido varia en forma lineal con la profundidad, es decir a mayor profundidad mayor presión. • Esta presión tambien depende de la densidad del fluido que se este analizando. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

PRINCIPIO DE PASCAL • El principio de Pascal establece que la presión en un fluido es la misma en todas las direcciones, por lo cual para un mismo fluido(en reposo), puntos que se encuentren al mismo nivel o a la misma profundidad tendrán la misma presión. Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo