TRABAJO DE RECONOCIMIENTO

XIOMARA COBO ALVARADO C.C 1.113.653.323

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA

CEAD PALMIRA Septiembre 2013

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INTRODUCCIN Con la termodinmica vamos a estudiar las posibilidades de convertir calor (energa trmica) en trabajo (movimiento) mediante una serie de teoras y propiedades que describen la transformacin de estados de la materia en general. La termodinmica se basa en el estudio de la temperatura, el calor y el intercambio de energa entre dos cuerpos macroscpicos, adems, permite determinar las relaciones entre muchas propiedades de un material sin necesidad de conocer su estructura interna. Sobre estos principios vamos a trabajar: Principio cero (1930): Dos sistemas en equilibrio trmico con un tercero estn en equilibrio trmico entre s. Primer principio (1850): La energa de un sistema cerrado se conserva Segundo principio (1820): El calor no puede convertirse exclusivamente en trabajo Conceptos fundamentales: Energa + Entropa

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1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Conocer los diferentes temas a tratar de cada una de las unidades.

1.2 Objetivos Especficos

Realizar un resumen del mdulo en el que extraemos los conceptos ms

importantes de cada unidad

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2. RESUMEN DE LOS CONCEPTOS PRINCIPALES Leccin 1: SISTEMAS Un sistema termodinmico es cualquier regin o porcin de materia que se quiera estudiar o analizar desde el punto de vista energtico. Un sistema puede ser tan grade como una galaxia, el sol, la tierra o tan pequeo como una red cristalina, las molculas o partculas subatmicas. Segn este criterio se pueden presentar sistemas abiertos, cerrados y aislados. Leccin 2: LEY CERO DE LA TERMODINAMICA Si dos cuerpos se encuentran en equilibrio trmico con un tercero, los dos se encontrarn en equilibrio trmico entre s.

Leccin 3: CALOR El calor es una forma particular de energa en transicin que se identifica slo cuando cruza las paredes del sistema que se encuentra a temperatura diferente de otro sistema o de los alrededores. Un proceso donde no se presente transferencia de calor se denomina proceso adiabtico. El calor que entra al sistema es positivo y el que sale es negativo

Leccin 4: ECUACION DE ESTADO El estado de una sustancia pura se describe en funcin de propiedades intensivas como P v y T, las cuales se relacionan mediante ecuaciones conocidas generalmente como ecuaciones de estado. La ms sencilla de ellas es la muy conocida ecuacin de estado de gas ideal, denominada as porque todo gas cuyas propiedades cumplan con esta relacin se considera que tiene un comportamiento ideal.

Leccin 5: Ecuacin de Redlich-Kwong: esta es una ecuacin aplicable en un mayor rango de presin y temperatura. Ecuacin de Redlich-Kwong.Soave: se maneja una constante ms la cual a su vez es funcin de otra constante conocida como factor acntrico para cada gas. Ecuaciones de estado virial: son ecuaciones por desarrollo en serie donde los coeficientes se determinan experimentalmente a partir de las relaciones PvT.

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Ec. Redlich-kwong Ec. Redlich-kwong-soave

Ec. Estado virial

Leccin 6: TRABAJO El trabajo es una forma particular de energa que corresponde a una magnitud escalar definida como el producto punto de dos magnitudes vectoriales: la fuerza y el desplazamiento realizado en la misma direccin de la fuerza

Leccin 7: DIAGRAMAS TERMIDIMNAMICOS Son representaciones en coordenadas cartesianas de las propiedades de un sistema durante el transcurso de un proceso. Se utilizan para visualizar, predecir o analizar los cambios producidos en la medida en que ocurren diferentes procesos termodinmicos. Los diagramas pueden ser planos o tridimensionales y las propiedades que se representan con mayor frecuencia son presin (P), volumen (V) y temperatura (T) Para el estudio de los diversos procesos termodinmicos se clasifican en reversibles e irreversibles segn la forma como se efecten. Leccin 8: DIAGRAMAS TERMODINAMICOS (continuacin) Diagrama Pv: Otra propiedad interesante de considerar en el estudio del equilibrio entre fases es el volumen especfico, definido por la relacin entre el volumen y la masa de una sustancia pura en cada fase Diagrama Pt: se determin el comportamiento de la presin de saturacin del agua y su representacin en un diagrama de P vs T concluyndose que se trata de una lnea curva de pendiente positiva; una representacin esquemtica de esta lnea para cualquier sustancia pura Diagramas Tv: Son diagramas que se construyen determinando para cada temperatura los valores de las correspondientes presiones de saturacin, as como tambin, lo volmenes especficos del lquido saturado y del vapor saturado. Diagramas P-v-T: Son representaciones tridimensionales de los valores del volumen especfico a diferentes temperaturas y presiones de una sustancia pura en fases slida, lquida y gaseosa o estados de equilibrio entre ellas. Leccin 9: PROPIEDADES TERMODINAMICAS Para describir un sistema termodinmico debemos conocer los valores de una serie de propiedades observables macroscpicamente, llamadas variables, propiedades o funciones termodinmicas, por ejemplo, presin (P), temperatura (T), densidad (), volumen (V), etc. No todas las variables termodinmicas son independientes, ya que una vez definidas algunas de ellas las otras pueden obtenerse en funcin de estas, mediante una ecuacin de estado. Las variables termodinmicas pueden clasificarse en:

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Extensivas: que dependen de la cantidad de materia, ej. el volumen.

Intensivas: que son independientes de la cantidad de materia, ej. P, T, densidad.

Leccin 10: CAPACIDAD CALORIFICA La capacidad calorfica es una propiedad extensiva, entonces entre ms masa tenga el sistema, mayor ser su capacidad calorfica. Las capacidades calorficas de los sistemas o de los cuerpos no suelen ser generalmente una constante, pueden variar con la temperatura.

Leccin 11: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA La primera ley de la termodinmica o Primer Principio de la termodinmica es una aplicacin de la ley universal de conservacin de la energa a la termodinmica y, a su vez, identifica el calor como una transferencia de energa. Uno de los enunciados de la primera ley de la termodinmica es el siguiente: El incremento de la energa interna de un sistema termodinmico es igual a la diferencia entre la cantidad de calor transferida a un sistema y el trabajo realizado por el sistema a sus alrededores.

Leccin 12: ENTALPIA La entalpa se define en funcin de la energa interna, de la presin y del volumen del sistema. La mayora de los procesos se realizan a presin constante, por lo que resulta adecuado definir una nueva funcin de estado, la entalpa (H).

Leccin 13: PRIMERA LEY Y REACCIONES QUIMICAS Una reaccin qumica implica la transformacin de las sustancias denominadas reactantes en otras de naturaleza completamente distinta que se conocen como productos, durante la reaccin se presentan cambios energticos que si el sistema reactante se encuentra aislado trmicamente se manifiestan en un aumento o un descenso de la temperatura segn el sistema libere o requiera calor. La mayora de las reacciones qumicas ocurren a presin y temperatura constantes, bajo estas condiciones una reaccin qumica se puede considerar como un proceso termodinmico que es isobrico e isotrmico. Leccin 14: LEY DE HESS

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Si una reaccin qumica es susceptible de expresarse como una sumatoria de reacciones secuenciales, el cambio de entalpa de la reaccin es igual a la sumatoria de los cambios de entalpa en cada una de las reacciones intermedias. Esta ley tiene muchas aplicaciones porque permite calcular el cambio de entalpa de reacciones que son difciles de efectuar en forma directa, por ejemplo permite la determinacin del calor de reaccin durante la formacin del monxido de carbono, utilizando informacin sobre el calor de formacin del dixido de carbono y el calor de combustin del monxido de carbono. Leccin 15: CALOR INTEGRAL DE DISOLUCION Al cambio de entalpa cuando un mol de soluto se disuelve en n moles de solvente a una temperatura de 25 C y presin de 1 atmsfera se le denomina calor integral de solucin y se representa generalmente como . El valor numrico del calor de disolucin depende por lo tanto del nmero de moles de solvente n. Los calores integrales de disolucin generalmente se hallan por mtodos calorimtricos midiendo en primer lugar el efecto trmico producido al disolverse el soluto en una determinada cantidad de solvente para formar una solucin relativamente concentrada; luego se mide el calor de disolucin involucrado al adicionar ms solvente a la solucin concentrada, y as hasta que una sucesiva adicin no cause ningn efecto trmico. Leccin 16: APLICACIN DE LA PRIMERA LEY EN GASES IDEALES Un cambio de energa interna del sistema termodinmico es igual a la suma del trabajo y del calor involucrado en dicho cambio. La energa interna, U, de un gas ideal es funcin exclusiva de la temperatura. Esta ley tiene consecuencias importantes para cuantificar la relacin entre las capacidades calorficas a presin y a volumen constantes.

Leccin 17: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Establece que es imposible construir un dispositivo que funcionando en forma cclica su nico efecto sea convertir completamente en trabajo todo el calor procedente de una fuente trmica. Una fuente trmica es un sistema tan grande que cualquier cantidad finita de energa que se extraiga de ella o se le suministre no afecta su temperatura, frecuentemente el aire de la atmsfera, un ro, un lago o el ocano se pueden considerar como fuentes trmicas.

Leccin 18: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA (continuacin)

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El ciclo de Carnot que acabamos de estudiar es el fundamento de toda mquina que toma energa y produce trabajo mecnico; pero tambin es importante el proceso contrario; es decir, el proceso de refrigeracin. Leccin 19: ENTROPIA La entropa es la propiedad termodinmica que se encuentra asociada al estado de aleatoriedad de las partculas de un sistema La Entropa est fundamentada en la necesidad que tenemos de convertir calor en trabajo y como una conclusin es imposible convertir todo el calor absorbido por el sistema en trabajo.

Leccin 20: ENTROPIA (continuacin) Para el calentamiento irreversible se va a considerar que la temperatura del sistema es T la temperatura del foco T1, la capacidad calorfica del sistema es c y su masa m. Para facilitar el clculo del flujo de calor tomamos T2 > T1 y la variacin de calor se hace en forma reversible. Hay que recordar que la variacin reversible de una magnitud dada, en este caso el calor, implica solamente el hecho de que el paso de calor sea en forma infinitesimal para llevar nuestro sistema de una temperatura T1 a T2 y la condicin para un proceso irreversible es que la variacin de entropa del universo (sistema + alrededores) sea mayor que cero. Con estas dos aclaraciones ya podemos iniciar los clculos:

Como el cociente T2/T1 es mayor que uno, por la condicin de T2 > T1 la variacin de entropa para el sistema es mayor que cero y, por consiguiente, positiva. Leccin 21: LA MQUINA DE VAPOR. CICLO DE RANKINE Esta mquina consiste en aprovechar la energa que posee el vapor de agua para mover un pistn dentro de un cilindro y a la utilizacin de dos elementos tan baratos como son el agua y el carbn. La caldera o generador de vapor recibe el calor de la combustin del carbn y este proceso contina mientras la mquina est funcionando. El vapor as producido se conduce hasta el pistn o mbolo de la mquina, el cual se mueve debido a la gran presin que ejerce dicho vapor. Leccin 22: MOTORES DE CUATRO TIEMPOS. CICLO DE OTTO Los componentes del motor, tambin llamado de explosin, son un cilindro provisto de un pistn o mbolo; una vlvula de admisin que permite el paso de la mezcla formada por gasolina ms aire, procedente del carburador; un electrodo o

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buja para el encendido de la mezcla y una vlvula de escape, por donde los gases, producto de la combustin, pueden escapar al exterior. Los pasos que componen el proceso de un motor de cuatro tiempos de combustin son: 1. Admisin 2. Compresin adiabtica 3. Ignicin: se produce un aumento de la presin y temperatura 4. Expansin 5. Disminucin de la temperatura y presin a volumen constante 6. Expulsin de los gases Leccin 23: MOTORES DE IGNICIN POR COMPRESIN. CICLO DIESEL El motor Diesel no tiene carburador y la inyeccin del combustible se realiza por una bomba de inyeccin. Los diferentes pasos que contiene el ciclo Diesel son los siguientes: 1. Admisin 2. Compresin adiabtica 3. Inyeccin del combustible e ignicin de la mezcla 4. Expansin adiabtica 5. Disminucin de temperatura y presin a volumen constante 6. Expulsin de los gases Leccin 24: CICLO DE BRAYTON Los motores de las turbinas de gas utilizadas en plantas generadoras de corriente elctrica o en la propulsin de aeronaves funcionan mediante el ciclo de Brayton, el cual como en los ciclos estudiados anteriormente, tambin consta de cuatro etapas internamente reversibles: 1. Compresin adiabtica de 1 a 2 2. Adicin de calor a presin constante de 2 a 3 3. Expansin adiabtica de 3 a 4 4. Liberacin de calor a presin constante de 4 a 1 Leccin 25: MAQUINAS FRIGORIFICAS El caso de una mquina refrigerante podramos decir que es todo lo contrario del motor trmico. La mquina refrigerante o frigorfica utiliza una fuente de energa externa, generalmente corriente elctrica como en el caso de una nevera o refrigerador comn, para quitar calor de una fuente fra (enfriar) y drselo a una fuente caliente. Los dos procedimientos ms conocidos para efectuar la refrigeracin son: compresin (ciclo de vapor) y absorcin.

1. Compresin adiabtica de P2 a P1 (1 2). El vapor saturado y seco se comprime adiabticamente mediante el compresor.

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2. Enfriamiento del vapor sobrecalentado (2 3). El vapor sobrecalentado por la compresin adiabtica pasa al condensador, donde cede una cantidad de calor Q1 y el gas se convierte en una mezcla. 3. Expansin irreversible del lquido (3 4). La expansin de la mezcla lquido ms vapor a travs de la vlvula de estrangulamiento enfra aun ms el lquido, en el caso de una nevera lo lleva casi a 0 C y queda listo para pasar al evaporador. 4. Evaporacin del lquido (4 1). La mezcla del lquido con muy poco vapor entra al evaporador (interior de la nevera o del refrigerador), en donde absorbe calor para evaporarse y producir vapor regresando as al punto inicial del ciclo.

Leccin 26: ANALISIS DIMENSIONAL El anlisis dimensional es el proceso que se ocupa de establecer que las unidades empleadas para resolver las ecuaciones sean las mismas, con el objeto de hacer las debidas simplificaciones de dichas unidades. De acuerdo con la definicin anterior, el resultado de efectuar la simplificacin consistira en expresar la respuesta en un solo tipo de unidades de masa, tiempo, espacio, etc. En este caso hablamos que las magnitudes empleadas que posean el mismo tipo de unidades, tenan consistencia dimensional o que eran dimensionalmente consistentes. Leccin 27: APLICACIN DE LA TERMODINAMICA A PROCESOS DE FLUJO ESTABLE Los intercambiadores de calor son equipos que permiten realizar la transferencia de calor entre dos fluidos sin que haya mezcla entre ellos. Esta operacin se realiza a nivel industrial con el objeto de adecuar las propiedades termodinmicas de uno de los fluidos a las exigencias del proceso en particular. Bombas, compresores, turbinas y ventiladores. Estos equipos de amplio uso en la industria tienen en comn que su proceso termodinmico involucra trabajo de eje ya sea que se realice trabajo sobre el sistema elegido como en el caso de bombas, compresores o ventiladores o bien que el sistema realice trabajo como en las turbinas. Leccin 28: APLICACIN DE LA TERMODINAMICA A PROCESOS DE FLUJO ESTABLE (continuacin) Dispositivos de estrangulamiento: En general a cualquier medio que ocasione un descenso considerable en la presin de un fluido que se pasa a travs de l, se le conoce como dispositivo de estrangulamiento, puede ser una vlvula, un capilar o un tabique poroso. Cuando se somete a un fluido a cruzar a travs de una seccin de rea reducida para as disminuir su presin, ocurren cambios que tienen muchas aplicaciones prcticas, principalmente en la refrigeracin, debido a que de ordinario un descenso en la presin implica una disminucin de la temperatura.

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Toberas y difusores: Las toberas son dispositivos que permiten aumentar en forma considerable la velocidad del fluido al reducir gradualmente la presin; los difusores al contrario, experimentan un aumento de la presin al disminuir la velocidad. El diseo de toberas y difusores depende de la velocidad del fluido, para flujos subsnicos, es decir, con menor velocidad que la del sonido, las toberas se disean en forma convergente, de tal manera el rea de la seccin transversal se reduce gradualmente en la direccin del flujo, mientras que los difusores se disean en forma divergente, el rea de la seccin transversal aumenta en la direccin del flujo. Leccin 29: APLICACIN DE LA TERMODINMICA A PROCESOS DE FLUJO TRANSITORIO Y DE FLUJO UNIFORME En un proceso de flujo transitorio al contrario del proceso de flujo estable se presentan cambios en las propiedades del sistema con el tiempo. Para analizar estos procesos piense en un tanque de almacenamiento de combustible lquido conectado a tuberas de alimentacin y descarga mediante sus respectivas vlvulas. Un proceso de flujo uniforme se caracteriza por que las propiedades del volumen de control, en un instante determinado, son iguales en todas partes, aunque cambian con el tiempo, lo hacen en forma uniforme. Las propiedades de las corrientes de entrada o salida pueden ser diferentes entre s, pero sus correspondientes valores deben ser constantes con respecto a la seccin transversal de una entrada o salida. Leccin 30: ACONDICIONAMIENTO DE AIRE El acondicionamiento del aire surge de la necesidad de proporcionar un entorno cmodo y agradable para el trabajo, un ambiente apropiado para el almacenamiento de algunos materiales y para permitir el funcionamiento adecuado de equipos electrnicos.

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CONCLUSIONES

Logre comprender que la termodinmica es la ciencia que se ocupa del estudio de la energa y sus transformaciones, particularmente la transformacin del calor en trabajo gracias a la realizacin de extraer lo ms importante de las lecciones que nos plantean en el mdulo del curso con sus ecuaciones mas importantes.

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BIBLIOGRAFA

Modulo Termodinmica- Ana Ilva. Capera - Palmira Febrero de 2013