Conceptos básicos de Termodinámica
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Conceptos básicos deTermodinámica
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior.Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda.
Área de TecnologíaDepartamento de Energética
Ing. Cornelio Martínez.
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TermodinámicaTherme: calor Dynamis: movimiento (fuerzas)
Siglo XVIII:“Estudio de las fuerzas que originan el calor”
Estudio de las máquinas de vapor
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HOY : “Ciencia que estudia las transformaciones energéticas: mecánica, eléctrica, química ,nuclear ,etc ”.Se ocupa de estados de equilibrio y no de estados dinámicos.
HidroeléctricaHidroeléctricaEólicaEólica
SolarSolarGeotérmicaGeotérmica
NuclearNuclear
PetróleoPetróleo CarbónCarbón
Gas NaturalGas Natural
Interrelaciones que existen entre las distintas formas de energía y el desorden del universo.
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Ley cero de la termodinámica (1925, Fahrenheit (1736)): Establece el equilibrio térmico, permite garantizar la reproducibilidad de las mediciones de temperatura.
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
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Primera Ley de la termodinámica (1843,Joule): Establece la conservación de la energía en el universo.
Termómetro sin marcas.Igual nivel de mercurioDiferentes tiempos
Conclusión Igual temperatura
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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.
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.
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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.
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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.
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Objetivo Didáctico
Unidad Objetivo
I. Conceptos Básicos. - 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.
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Sistema termodinámico
• Sistema : Porción del universo definida por el observador para llevar a cabo un estudio.
Lugar o volumen
de control
SistemaObservador
Energía
Energía
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•Alrededores : Es todo aquello que no forma parte del sistema. (lo que rodea al sistema)
Universo = Sistema + Alrededor.
• Fronteras: Son los límites que define un sistema y pueden ser físicos (reales) o imaginarios; móviles o fijas.
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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.
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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.
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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
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Estado.
• Estado: es la condición del sistema definida por sus propiedades independientes.
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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.
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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.
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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.
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Sistema de unidades y factores de conversión.
Cuantificar y estandarizar mediciones
Sistemas de unidades.1. Sistema internacional2.Sistema ingles.3.Sistemas de ingeniería.
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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.
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Sistema Internacional(unidades básicas).
Dimensión Unidad Símbolo
masa kilogramo Kg
longitud metro m
tiempo segundo s
temperatura Kelvin K
Intensidad luminosa
candela Cd
Intensidad de corriente
amperio A
Cantidad de materia
mol mol
ángulo plano radian rad
ángulo sólido esteradian sr
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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
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PrefijosPrefijo 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
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Múltiplos de unidades del SI
Unidad Símbolo equivalencia
bar bar 105 Pa
tonelada t 103 Kg
litro L 10-3 m3
hectárea ha 104 m2
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Sistema Ingles(unidades básicas).
Dimensión Unidad Símbolo
masa libra lb
longitud pie ft
tiempo segundo sec
temperatura fahrenheit oF
Múltiplos de unidades del Sistema inglesUnidad 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
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Sistemas de ingenieríaDimensión Sistema ingles de ingeniería
Unidad Símbolo
masa Libra masa lbm
longitud pie ft
tiempo segundo sec
temperatura farenheit oF
Fuerza Libra -fuerza lbf
Dimensión Sistema internacional de ingeniería
Unidad Símbolo
masa Kilogramo- masa kgm
longitud metro m
tiempo segundo s
temperatura Celsius oC
Fuerza kilogramo -fuerza Kgf
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Sistemas de ingeniería.• Kilogramo-fuerza: Fuerza ejercida por el
campo gravitacional de la tierra sobre la masa de un kilogramo.
F = m. a1 Kgf = 1 Kg . 9,8 m/s2
¿¿¿¿ 1 = 9,8 m/s2 ???? inconsistentes
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Constante gravitacional. F = (m. a)/gC
gC = 9,80665 (Kgm . m)/ kgf . S2
gC = 32,17405 (lbm . ft)/ lbf . sec2