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TERMODINAMICA SUSTANCIAS Y 2DA LEY

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by

simon lesmes

on 26 November 2013

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Transcript of TERMODINAMICA SUSTANCIAS Y 2DA LEY

TERMODINÁMICA
TERMODINÁMICA
UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA
FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA INDUSTRIAL

POR:
KATHERINE FRANCO ARBOLEDA
SIMON LESMES MARQUEZ
AGENDA
INTRODUCCION
1 PROPIEDADES DE SUSTANCIAS SIMPLES COMPRESIBLES
Las sustancias simples y compresibles se emplean en muchos sistemas de ingeniería, incluyendo las plantas de potencia, muchos sistemas de refrigeración y sistemas de distribución térmica que usan el agua o el vapor de agua para transportar la energía.
PRINCIPIO DE ESTADO
ha sido desarrollada como una guía para determinar la cantidad de propiedades independientes necesarias para especificar el estado de un sistema, Un caso particular de gran interés son los sistemas simples compresibles en los que la forma de trabajo es la variación de volumen por la presión.
1.1 FASE LIQUIDA
Supóngase que se tiene un conjunto de valores de dos variables independientes para una sustancia pura y simple en particular y se desea determinar el valor de una variable dependiente. Como ejemplo, considérese una sustancia conocida, el agua fría. Ésta se introduce en un cilindro y se le saca todo el aire (recuérdese la limitación de sustancia pura). A continuación se coloca un pistón en contacto con la superficie del agua (Fig. 1). Se escoge el agua como la masa de control y se mide su presión con un manómetro, así como su temperatura mediante un termómetro. En esta forma se obtienen dos propiedades independientes: la temperatura y el volumen específico
1.2 SATURACIÓN Y FASES
Un líquido que está a punto de evaporarse se llama líquido saturado, este estado termodinámico corresponde al de dicho nombre
El subíndice f se emplea para denotar propiedades de un líquido saturado y el subíndice g, para las propiedades de vapor saturado. Estos símbolos se emplean en termodinámica y provienen de la lengua alemana.
Diagramas de fase.
INTRODUCCION
1 Propiedades De Sustancias Simples Compresibles
1.1 Fase Liquida
1.2 Saturación Y Fases
1.3 Vapor Sobrecalentado
1.4 Diagrama Presión Volumen
1.5 Temperatura Crítica
1.6 Punto Triple
2 Líquidos Incompresibles
2.1 Volumen Constante
2.2 Calores Específicos
2.3 Cambio Energía Interna
2.4 Entalpia
2.5 Uso De Tablas Con Ejemplos
2.5.1 Vapor Agua
2.5.2 Presión Para Agua Saturada
2.5.3 Temperatura Para Agua Saturada
3 Segunda Ley
3.1 Entropía
3.2 Procesos Reversibles E Irreversibles
3.2.1 Procesos Irreversibles:
3.2.2 Procesos Reversibles:
4 Ciclos Termodinámicos
4.1 Bomba De Calor
4.2 Ciclo De Carnot
4.3 Ciclo Stirling
4.4 Ciclo De Braytong
4.5 Ciclo De Otto
5 Bibliografia
Una sustancia pura, simple compresible, que se contrae al pasar de líquido a sólido, tiene una superficie PvT como muestra la figura (hay sustancias que se expanden al pasar de líquido a sólido,
Diagramas de fase.
Todos los puntos de este proceso (desde i hasta f), tienen la misma presión. Es este proceso descrito, la sustancia cuando está entre los puntos (i) y (A) es líquido comprimido (líquido subenfriado), en el punto (A) es líquido saturado, entre los puntos (A) y (B) es mezcla líquido saturado – vapor saturado, en el punto (B) es vapor saturado, y entre los puntos (B) y (f) es vapor sobrecalentado.
Para simplificar los análisis, es conveniente acostumbrarse a las diferentes vistas del diagrama PvT. Una de las proyecciones más utilizadas es la vista Pv, la cual mostramos a continuación, donde se han trazado el punto crítico y la isoterma crítica, además del proceso
Diagramas de fase.
descrito anteriormente. Prestemos atención a la línea que divide la regiones de mezcla líquido – vapor y sólido – vapor, esta sucesión de puntos son estados en los cuales pueden coexistir en equilibrio las tres fases líquida – sólida – vapor, y se le conoce como línea triple
La tercera vista es la PT, donde las regiones de mezcla las observamos como líneas, la línea triple aquí se observa como un punto que se le llama punto triple. El proceso a presión constante que hemos descrito anteriormente se observa como una línea recta, donde los puntos (A) y (B) coinciden
Diagramas de fase.
Un vapor que está a punto de condensarse se llama vapor saturado, cuando en el proceso se tiene una fracción de fluido líquido y vapor, se conoce como mezcla saturado de líquido y vapor, debido a que en estos estados las fase líquidas y de vapor coexisten en equilibrio.
1.3 VAPOR SOBRECALENTADO
1.4 DIAGRAMA PRESIÓN VOLUMEN
La curva de saturación del vapor (también llamada curva de vapor saturado) separa la zona de coexistencia de fase líquida y vapor (mezcla) de la fase vapor. Cualquier estado en el que comienza un cambio de fase se dice que está saturado. Por eso estas curvas se llaman de saturación. El vapor que se encuentra en equilibrio con su líquido (es decir, dentro de la zona de coexistencia de fases) se suele llamar vapor saturado
1.5 TEMPERATURA CRÍTICA
Note el punto de estado crítico (punto rojo), donde se unen las líneas de líquido-saturado con la de vapor saturado. Las variables de estado de este punto crítico único, se denotan por Pc, vc y Tc. Si una sustancia está por encima de la temperatura crítica Tc, no puede condensarse en un líquido, no importa cuán alta sea la presión. Esta fusión de los estados líquido y vapor por encima de la temperatura crítica es una característica de todas las sustancias conocidas. Mientras que por debajo de la presión crítica Pc, puede existir estado de vapor puro
1.6 PUNTO TRIPLE
El notable "estado triple" (triple state) ó “punto triple” de la materia, donde están en equilibrio los estados sólido, líquido y vapor, está caracterizado por una temperatura llamada de punto crítico. El estado triple se representa por una línea paralela al plano Pv, con una presión característica de la sustancia, pero con volumen variable.
2 LÍQUIDOS INCOMPRESIBLES
Los líquidos son incompresibles porque las moléculas que los constituyen están tan unidas que no pueden acercarse más; sólo pueden deslizarse las unas sobre las otras.

MODELO DE SUSTANCIA INCOMPRESIBLE

2.1 VOLUMEN CONSTANTE
La aproximación de sustancia incompresible supone simplemente que el volumen es constante, y por tanto no varía con la presión ni con la temperatura. Al tener un valor fijo una variable (el volumen), la energía interna será sólo función de una variable. Luego las ecuaciones de estado térmica y energética son
v=vo=cte
2.2 CALORES ESPECÍFICOS
Se denominan calores específicos a las derivadas parciales de la energía interna y de la entalpía, respecto de la temperatura, si las energías son específicas los calores son propiedades intensivas.
2.4 ENTALPIA
La entalpía es una magnitud de termodinámica, la variación de entalpía expresa una medida de cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede intercambiar con su entorno.
H= U+pV
2.5 USO DE TABLAS CON EJEMPLOS
Existen tablas para la determinación de propiedades de fluidos que relacionan las propiedades termodinámicas de las sustancias puras, a partir de dos de ellas es posible determinar el resto. Como se ha dicho en los cambios de fase estas dos propiedades no pueden ser la presión y la temperatura ya que no son independientes.
2.5 USO DE TABLAS CON EJEMPLOS
2.5.1 Vapor agua
2.5.2 Presión para agua saturada
2.5.3 Temperatura para agua saturada
3) SEGUNDA LEY
La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no. A partir de la segunda ley de la termodinámica se establece la imposibilidad de convertir totalmente una cantidad de calor (energía de baja calidad) en trabajo (energía de máxima calidad).

3.1 ENTROPÍA
La entropía se entiende como el grado de desorden de un sistema. Es un proceso mediante el cual un sistema tiende a consumirse, desorganizarse y morir. Se basa en la segunda ley de la termodinámica que plantea que la pérdida de energía en los sistemas aislados los lleva a la degradación, degeneración, desintegración y desaparición.

3.2) PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
3.2.1 Procesos Irreversibles:
3.2.3 Procesos Reversibles:
4) CICLOS TERMODINÁMICOS
Es un proceso o conjuntos de procesos por los que un sistema evoluciona volviendo al mismo estado inicial.Para todo ciclo se cumple que:
AU=0 , Q=W

4.1) BOMBA DE CALOR
La bomba de calor se emplea en sistemas de climatización, y en sistemas domésticos de aire acondicionado, ya que el ciclo reversible que presenta proporciona la opción tanto de extraer (enfriar) como de introducir (calentar) energía calorífica al medio, con un único equipo
4.2) CICLO DE CARNOT
Se define ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas.
4.3) CICLO STIRLING
El motor Stirling (1816) compitió en sus inicios con la máquina de vapor. En los últimos años ha suscitado de nuevo interés porque:
- Su rendimiento puede, teóricamente, alcanzar el límite máximo de Carnot.


4.4) CICLO DE BRAYTONG
Modela el comportamiento ideal de una turbina a gas (normalmente aire). Aunque es un ciclo de potencia de combustión interna abierto,(los gases de salida no se reutilizan normalmente), es conveniente, para el análisis termodinámico, suponer que los gases de escape son reutilizados en el ingreso, permitiendo el análisis como ciclo cerrado.
CICLO DE OTTO
En el ciclo de Otto, el fluido de trabajo es una mezcla de aire y gasolina que experimenta una serie de transformaciones (seis etapas, aunque el trabajo realizado en dos de ellas se cancela) en el interior de un cilindro provisto de un pistón
4.6) CICLO RANKINE
El ciclo Rankine opera con vapor, y es el utilizado en las centrales termoeléctricas. Consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor, que se hace incidir sobre los álabes de una turbina, donde pierde presión produciendo energía cinética. Prosigue el ciclo hacia un condensador donde el fluido se licúa, para posteriormente introducirlo en una bomba que de nuevo aumentará la presión, y ser de nuevo introducido en la caldera.
La termodinámica es la parte de la física que estudia los estados de los sistemas materiales macroscópicos y los cambios que pueden darse entre esos estados, en particular, en lo que respecta a temperatura, calor y energía.

En esta presentacion repasaremos algunos conceptos de Termodinámica, en el está como las sustancias comprensibles e incompresible, segunda ley, ciclos termodinamicos y otros.
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