TERMODINÁMICA AVANZADA

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1 ERMODINÁMICA AANZADA Cantidades fundamentales Cantidades básicas y unidaded Unidad I: ropiedades y Leyes de la ermodinámica Cantidades fundamentales ropiedades de estado Función de estado y ecuación de estado 1 Las cantidades fundamentales son las medidas básicas como atributo de la naturaleza física de la materia. Cantidad Símbolo Dimensión Sistema internacional (SI) Sistema Inglés Longitud L L m pie Masa m M kg lbm iempo t s hr Fuerza F F N lbf A estas cantidades se puede sumar la temperatura, que junto a la presión, constituyen propiedades de estado. 2 Definiciones básicas ropiedades de estado Definen el estado de una sustancia. El estado, representado como un sistema coordenado, depende al menos de dos propiedades Curva de presión de vapor 1 emperatura Es una propiedad macroscópica que indica el contenido energértico de un cuerpo o una sustancia. Se mide mediante una escala creada bajo una referencia determinada. Ejemplo: Escala Celcius o centígrada referida al punto de congelación del agua. 3 4

2 emperatura emperatura La escala Celcius ( C) se divide en 100 partes desde el punto de congelación hasta el punto de ebullición del agua. Es la escala de temperatura oficial del SI. La escala Fahrenheit (F) es la escala oficial en el sistema inglés. Escalas absolutas Escala Kelvin (K ) = ( C) Anders Celcius ( ) Escala Rankine (F ) = 1.8( C) + 32 (R) = (F ) Ley Cero de la ermodinámica Medición de la temperatura ermómetro de cocina Es acerca del equilibrio térmico entre diferentes cuerpos o sustancias. Sensor de campo Si un cuerpo entra en conctacto con un segundo cuerpo, éste entrará en equilibrio con áquel. Y si un tercer cuerpo entra en contacto con los primero, también entrará en equilibrio térmico. ermopar ermometro de ascenso capilar Es la base de la medición de temperatura. ermómetro láser de superficies 7 8

3 resión resión Diferentes unidades de presión Se define como la relación fuerza sobre área: Fuerza ejercida sobre una determinada superficie. = df da = F A La presión influye sobre los fluidos confinados contenidos en un sistema. La presión puede ser ejercida en sistemas cilindro-pistón (abiertos o cerrados) y compresores y bombas centrífugos en flujos continuos. 1 atm = a = 14.7 lbf/pulg2 (psi) Inglés SI 9 resión Medición de la presión Barómetro Manómetro de tanque de gas comprimido resión interna (gauge): resión a la que se encuentra sometido un fluido en un sistema. uede ser positiva o negativa (succión). Se mide con manómetro. resión atmosférica: resión ejercida por la atmósfera, medio circundante a un sistema. Se mide con barómetro. resión absoluta: resión interna + presión atmosférica. Es la presión requerida en las ecuaciones de estado. 10 Manómetro de reloj ransductor de presión Manómetro decampo Manómetro en U 11 12

4 ropiedades intensivas y extensivas Función de estado ropiedades intensivas: Independientes de la masa. Ejemplo: temperatura, presión. ropiedades extensivas: Dependen de la masa. Ejemplo: volumen, energía. ropiedades específicas: Son las propiedades extensivas referidas a la unidad de masa. Si se refiere a la cantidad de moles, se llaman propiedades molares. 13 Las propiedades y cantidades que implican el contenido energético de una sustancia dependen del estado en que se encuentra esa sustancia Estado 1 1 v 1 u 1 e 1 Estado 2 2 v 2 u 2 e 2 v = v(,) u = u(,) e = e(,) 14 1 Ecuación de estado Es la expresión matemática que relaciona las propiedades de un estado entre si. La ecuación de estado más representativa es la función de estado de gases ideales. La ecuación de gases ideales resulta de la asociación de ecuaciones (leyes de gases) que relacionan 2 propiedades: Ley de Charles - Gay Lussac Ley de Boyle 15 Ley de Charles - Gay Lussac 3 = cte = cte 2 = cte 3 = cte = cte = cte A presión constante: 1 = 2 roceso isobárico 16

5 Ley de Charles - Gay Lussac Ley de Boyle 3 = cte 1 = cte 2 = cte 3 = cte 2 = cte 1 = cte A volumen constante: 1 = 2 roceso isocórico = cte 3 = cte 1 = cte 2 = cte 3 = cte = cte A temperatura constante: 1 1 = 2 2 = cte roceso isotérmico Ley combinada de gases = cte 3 = cte 1 = cte 2 = cte 3 = cte = cte Cambiando todas las propiedades: 1 1 = 2 2 cte = N o " = nr Según la teoría cinética molecular: De la ley combinada: Ecuación de estado de gases ideales: = cte. = N o " = nr

6 Escala de temperatura de la ecuación de estado Según la teoría cinética molecular: = N o " N o : Número de Avogadro N o = x10 23 moléculas/mol =0? Imposible 3 = cte 2 = cte Ecuación de estado de gases ideales: = nr : Constante de Boltzmann = x10-23 J/K R: Constante de gases R = J/mol K = nr 1 = cte n: Número de moles (kmol) m: masa (kg) M: Masa molecular (kg/kmol) n = m M 21 = C = O C = 0 K = K 22 Escala de temperatura de la ecuación de estado La escala absoluta, Kelvin en SI y Rankine en sistema inglés, debe utilizarse siempre para denotar las temperaturas en las ecuaciones de estado y relación de propiedades de las leyes de gases. A: = cte A: = cte = nr 23

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