Clase 01 introducción a la termodinámica

IntroducciónConceptos básicos

Magnitudes, unidades, sistemas de unidadesMagnitudes básicas y conversión de unidades

INTRODUCCION A LA TERMODINAMICAClase 01: Introducción y conceptos básicos

R. PANTOJA-GUERRERO1

1Departamento de Procesos IndustrialesFacultad de Ingeniería Agroindustrial

Universidad de Nariño

Febrero 11 de 2013

R. PANTOJA-GUERRERO INTRODUCCION A LA TERMODINAMICA



Índice

1 Introducción¿Que es la termodinámica?¿Cuáles son las aplicaciones de la termodinámica?

2 Conceptos básicosSistemasEstado, equilibrio y proceso termodinámico

3 Magnitudes, unidades, sistemas de unidadesMagnitudesUnidades y sistemas de unidades

4 Magnitudes básicas y conversión de unidades




¿Que es la termodinámica?¿Cuáles son las aplicaciones de la termodinámica?

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¿Que es la termodinámica?

La termodinámica es la ciencia de la energíaMacroscópica (Termodinámica clásica) & Microscópica(Termodinámica estadística)Se estructura empleando leyes y postulados que se deducenpor la observación de la naturaleza.Muchos científicos han colaborado para consolidar todos losconocimientos que se estudian en la Termodinámica.





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Aplicaciones de la termodinámica

La generación de energía.La energía transforma las materias primas.Explicar los fenómenos que suceden en la naturaleza.Modelar procesos de transformación.Diseñar máquinaria, técnologías, procesosPoner en funcionamiento los procesos, mantenerlos en buenosniveles de desempeño.





Reflexiones

¿Porqué tenemos que comer?¿Que recursos emplea su computadora para funcionar?¿Que se requirió esta mañana para desayunar?¿Como se desplazan los automóviles?¿Que los mueve?¿Cuáles son las funciones de un Ingeniero de Procesos?¿Cuáles su relación con la energía?¿Qué es la energía? ¿Cómo se mide?¿Cuáles son sus formas?




SistemasEstado, equilibrio y proceso termodinámico

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Conceptos básicos de la termodinámica

SistemaLas observaciones termodinámicas se realizan sobre lossistemasLos sistemas son “el pedacito” de universo que se estudiaTienen límites reales, imaginarios.Lo que está cerca de la frontera se llama “Alrededores” y loque está alejado “Universo”En los sistemas se intercambia energía y/o materia (Con los“alrededores”)Se clasifican en abiertos, cerrados, aislados, según elintercambio de materia y/o energíaLos límites, que también se llaman fronteras, pueden ser“adiabáticos” o “diatérmicos”

Descripción de los sistemasLos sistemas se describen a través de propiedadesUna propiedad es una carácterística de los sistemasLas propiedades usuales son la Presión (Pressure), laTemperatura (Temperature), el volumen (Volume)Otras propiedades también sirven para describir los sistemas yse derivan de otras, la densidad (Density), la viscosidad(Viscosity) etc...Las propiedades son intensivas (NO dependen de la cantidadde materia) y extensivas (dependientes de la cantidad demateria)También hay propiedades extrínsecas e intrínsecas...





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Estado, equilibrio y proceso

Estado termodinámicoEl estado termodinámico es la “fotografía” del sistema.El estado termodinámico es la descripción de sus propiedadesen un instante determinado. (Las más relevantes para elestudio) como el valor de la temperatura, el volumen y lapresión.Son usuales los estados iniciales y finales.






Equilibrio termodinámicoEs un estado en el que el intercambio neto de energía omateria del sistema con los alrededores no produce cambioalguno en las propiedades del mismo.

MecánicoTérmicoQuímico

Pueden ser dinámicos o estáticos.En un estado de equilibrio no existen gradientes o diferenciasnetas en las propiedades dentro de los sistemas






Proceso termodinámicoA la transición entre 2 estados termodinámicos se le llama“proceso”Un proceso puede estar compuesto de muchas “etapas” que asu vez son procesosLos procesos termodinámicos son la variación de algunacaracterística en el tiempoLa forma del camino o la ruta del proceso se denomina“trayectoria termodinámica”.





Proceso termodinámicoHay variables de estado (Presión, densidad, temperatura) yfunciones de trayectoria (como el calor y el trabajo que sonformas de energía)Un proceso cuya trayectoria está compuesta por infinidad deestados muy cercanos al equilibrio se llama “cuasiestático”Un ciclo termodinámico es un proceso compuesto de múltiplestrayectorias en las que el estado inicial y final son el mismo.Proceso en estado transitorio y proceso en estado estable




MagnitudesUnidades y sistemas de unidades

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Magnitudes

MagnitudesSon el concepto básico de lo que se quiere medir

Mangnitudes fundamentales

LongitudMasaLa cantidad de sustanciaEl tiempoLa intensidad lumínicaLa corriente eléctricaEl tiempo





Magnitudes

MagnitudesSon el concepto básico de lo que se quiere medir

Mangnitudes derivadas

El volumen y la capacidadLa fuerzaLa velocidad y la aceleraciónLa presión





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Unidades

UnidadesLas unidades son “el nombre” de la magnitudA nivel mundial existen sistemas o convenciones para lasunidades

Sistemas de unidades

Sistema internacional de medidas (Le Système International d’Unités SI)Sistema inglés (United States Customary System USCS)





Multiplos y divisores del SI

Multiplos y divisores del SIMúltiplos

1024yotta Y Septillón Cuatrillón 1 000 000 000 000 000 000000 0001021zetta Z Sextillón Mil trillones 1 000 000 000 000 000 0000001018exa E Quintillón Trillón 1 000 000 000 000 000 0001015peta P Cuatrillón Mil billones 1 000 000 000 000 0001012tera T Trillón Billón 1 000 000 000 000109giga G Billón Mil millones / Millardo 1 000 000 000106mega M Millón 1 000 000103kilo k Mil / Millar 1 000102hecto h Cien / Centena 10010¹ deca da





Multiplos y divisores del SI

Multiplos y divisores del SIDivisores

10−1 deci d Décimo 0,110−2 centi c Centésimo 0,0110−3 mili m Milésimo 0,00110−6micro µ Millonésimo 0,000 00110−9nano n Billonésimo Milmillonésimo 0,000 000 00110−12pico p Trillonésimo Billonésimo 0,000 000 000 001¿femnto, atto ,zepto, yocto?




Longitud

Longitud

Area[=]L2

Volumen[=]L3

Conversión de unidades

1 in=0.0254 m.12 in=1 ft0.03048m=1 ft




Longitud

Volumen y capacidad

Volumen[=]L3

La capacidad tiene las mismas unidades del volumen

1 galUS=0.03785 m3

1000 l=1m3

0.03048m=1 ft1 bbl=42galUS¿Taza? ¿Onza fluída? ¿Cuchara de mesa?




Masa y tiempo

Masa1 kg=2.2046 lb1 lb=16 oz1 kg=1000g




Velocidad, aceleración gravedad

Velocidad, aceleración y gravedad

Velocidad[=]L.t-1

Aceleración[=]L.t-2

Gravedad

g=9.80665 m.s-2

g=32.174 ft.s-2




Fuerza (Peso)

Fuerza y Primera ley de Newton−→F = m−→a

1N = 1 kg.ms2

1kgf = 1kgm(9,80665 ms2 ) = 9,80665kgm(

ms2 )

1lbf = 1lbm(32,174 fts2 ) = 32,174lbm(

fts2 )

No debe confundirse el peso con la masa. Mientras la masa esconstante el peso depende del campo gravitatorio




Volumen específico

Volumen específico, densidad, densidad relativa,peso específico

v = Vm

El volumen específico del agua líquida depende de latemperatura.

r=mV = 1

v

La densidad del agua a 4°C y una presión de 1 atmósfera esaproximadamente 1000 kg.m.3




Volumen específico

Volumen específico, densidad, densidad relativa,peso específicoLa densidad relativa, llamada también gravedad específica

SG= r

rReferencia

La densidad de referencia, cuando no se diga lo contrario, es ladel agua a 4°CPeso específico

γ=mgV = ρg


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