Ministerio del Poder Popular para la Educacin Superior

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 ángulo plano radian rad ángulo sólido esteradian sr masa temperatura

Sistema Internacional (unidades derivadas). Dimensión Unidad Símbolo Equivalencia Fuerza Newton N Kg m/ s 2 Energía Joule J Kg m 2/s 2 Potencia Vatio(watt) W Kg m 2 /s 3 Presión pascal Pa Kg/ms 2

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 m 3 hectárea ha 104 m 2 bar

Sistema Ingles (unidades básicas). Dimensión Unidad Símbolo masa libra lb longitud pie ft tiempo segundo sec fahrenheit o. F temperatura Múltiplos de unidades del Sistema ingles Unidad Símbolo equivalencia 1 pie ft 12 in 1 yarda yd 3 ft 1 pie cubico ft 3 1728 in 3 BTU 252 cal hp 254, 86 Btu/hr 1 British thermal unit 1 horse power

Sistemas de ingeniería Dimensión Sistema ingles de ingeniería Unidad Símbolo Libra masa lbm longitud pie ft tiempo segundo sec temperatura farenheit o. F Libra -fuerza lbf masa Fuerza Dimensión Sistema internacional de ingeniería Unidad Símbolo Kilogramo- masa kgm longitud metro m tiempo segundo s Celsius o. C 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/s 2 ¿¿¿¿ 1 = 9, 8 m/s 2 ? ? inconsistentes

Constante gravitacional. F = (m. a)/g. C = 9, 80665 (Kgm. m)/ kgf. S 2 g. C = 32, 17405 (lbm. ft)/ lbf. sec 2