Termodinámica (Iq-2001) Introducción

Transcripción

1 Termodinámica (Iq-2001) Introducción

2 Currículo Dr. Román Miguel Moreno, Ph.D., CEM, REP Ingeniero Mecánico Electricista (ITESM-Mty) Maestría en Ciencias (M.S.) en Ingeniería Nuclear y energía (U of A) Doctorado en Filosofía (Ph.D.) en Ingeniería Nuclear y Energía (U of A) 29 años como Profesor, ITESM-CSN Proyectos de Administración de la Energía y Fuentes Alternativas rmoreno@itesm.mx

3 Objetivo General Que el alumno sea capaz de: 1. Analizar procesos de transformación de energía. 2. Calcular propiedades termodinámicas de sustancias puras. 3. Evaluar el desempeño de procesos. 4. Definir los límites de desempeño de sistemas.

4 Tópicos del Curso 1. Conceptos y definiciones básicas 2. Primera Ley de la Termodinámica en sistemas cerrados y abiertos 3. Propiedades de las sustancia puras y ecuaciones de estado 4. Segunda Ley de la Termodinámica y Entropía 5. Relaciones termodinámicas generales

5 Políticas de Evaluación 2 exámenes parciales 65 % Examen 70 % Tareas 10 % Proyecto 20 % 1 examen final 30 % Examen 70 % Tareas 10 % Proyecto 20 % Semana i 5 % TOTAL 100 %

6 Proyectos Hacer equipos de máximo 3 alumnos. Proyecto 1 (individual) Diseñar un programa para calcular las propiedades de aire y del agua Proyecto 2 (equipo) Construir una Turbina de Tesla Proyecto 3 (equipo) Determinar experimentalmente las ineficiencias de la Turbina de Tesla El alumno o el equipo deberá hacer una presentación de no más de 5 min. y entregar un reporte por escrito, el día señalado en el calendario. La evaluación del proyecto la realizará el resto de los compañeros de clase.

7 Calendario

8 Material de Apoyo Libro de Texto: - Thermodynamics, Yunus A. Cengel/Michael A. Boles, Eighth Edition, McGrawHill. Libros de Consulta: - Fundamentals of Engineering Thermodynamics, Michael J. Moran, Howard N. Shapino, Wiley. 6th Edition. - Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, Smith, J. M., McGraw Hill. 7th Edition. - Thermodynamics: Concepts and applications, Turns, Stephen R., Cambridge University Press Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics, Sandler, Stanley, John Wiley & Sons. 4th Edition. - Introductory Chemical Engineering Thermodynamics, Elliot, J. Richard, Prentice Hall Termodinámica, Manrique Valadez, José Angel, Oxford University Press, 3ra Edición. Material del Curso:

9 Qué se aprenderá? Es un curso de nivel intermedio, que tiene la intención de utilizar el análisis matemático, el pensamiento algorítmico y conocimientos de termodinámica (Primera y Segunda Ley) para solucionar problemas que involucren la transformación de energía en sustancias puras. Se analizarán ciclos termodinámicos y las razones por las cuales la eficiencia de operación de un proceso o máquina térmica es limitada. se incluirán en forma de ejemplos, problemas y casos de estudio, temas y conceptos de desarrollo sostenible. Requiere conocimientos de cálculo multivariable diferencial e integral, química general y física. Como resultado del aprendizaje se espera que el alumno construya modelos matemáticos que expliquen las transformaciones de la energía en procesos industriales y máquinas térmicas.

10 Termodinámica Ciencia que trata de la transformación de la energía, y de las propiedades de las sustancias involucradas. Termos - Calor, dinámica- potencia Abarca: todos los aspectos de la energía y sus transformaciones, la producción de potencia, la refrigeración y las relaciones entre las propiedades de la materia.

11 Termodinámica Aplicaciones: Cualquier actividad de ingeniería implica una interacción entre energía y materia. Una casa: La estufa eléctrica o de gas Los sistemas de calefacción o de aire acondicionado El refrigerador, La plancha, La televisión, La computadora.

12 Termodinámica Aplicaciones: A una escala mayor, En el diseño y análisis de motores de automóviles, Cohetes, Máquinas de chorro y Centrales eléctricas convencionales o nucleares. También se puede considerar al cuerpo humano como una área interesante de aplicación termodinámica.

13 Dimensiones y Unidades Dimensión: Es el nombre que se le da a una cualidad o característica física. Las dimensiones o cualidades pueden ser fundamentales o básicas y secundarias o derivadas. Ejemplos de Dimensiones fundamentales o básicas: Longitud (L), Masa (m), Tiempo (t), Temperatura (T), Etc.

14 Dimensiones y Unidades Dimensión: Ejemplos de Dimensiones secundarias o derivadas: El área, cuya dimensión y medida es el cuadrado de una longitud (L2), El volumen, cuyas dimensiones son el cubo de una longitud (L3), Etc. Las dimensiones secundarias usualmente se obtienen a partir de leyes o principios universales.

15 Dimensiones y Unidades Cualquier ecuación que relacione cantidades físicas debe ser dimensionalmente homogénea, es decir, las dimensiones de los términos de un lado de la ecuación deben ser iguales a las del otro. En el caso en el que la fuerza es dimensión fundamental, la segunda ley de Newton se escribe así: donde g c es una constante dimensional, y no meramente un factor de conversión, y sus dimensiones son ml/ft 2. Por consiguiente, la expresión es dimensionalmente homogénea.

16 Dimensiones y Unidades Unidades: Por Unidad se entiende una magnitud arbitraria de una dimensión, empleada como estándar para propósitos de medición o cálculo. En la siguiente tabla aparecen ejemplos típicos de unidades para algunas dimensiones. Dimension Length Mass Time Temperature Units Meter, centimeter, millimeter, foot, inches Kilogram, gram, tons, pound, slug Second, minute, hour, day Celsius, Kelvin, Fahrenheit, Rankine

17 Dimensiones y Unidades Sistema Internacional de Unidades (SI):

18 Dimensiones y Unidades Fuerza. El Newton, N, es la fuerza ejercida sobre una masa de un kilogramo para acelerarla exactamente un metro por segundo por segundo. 1 Newton (=) kg-m/s 2 Energía. La unidad de la energía en el SI es el Joule, J. 1 Joule = 1 Newton metro (=) kg-m 2 /s 2 Potencia. la unidad es el Watt, W. 1 Watt = 1 Joule/segundo (=) J/s Presión. La presión se define como la fuerza por unidad de área, cuya unidad es Pascal, Pa. 1 Pascal = 1 Newton/metro 2 (=) Pa = N/m 2 = kg/(m-s 2 ) Debido a que el pascal es una unidad muy pequeña, el SI recurre a otra unidad de presión llamada bar. 1 bar = 10 5 Pa

19 Dimensiones y unidades derivadas del Sistema Internacional de Unidades (SI).

20 Prefijos usados en el Sistema Internacional de Unidades

21 Sistema Inglés En Estados Unidos de Norteamérica es el único país industrializado que no aplica en su totalidad el Sistema Internacional de Unidades, en lugar de éste se aplica el sistema inglés, conocido también como United States Customary System (USCS), o Sistema I.P. (Inches, Pound). En los hospitales y en la documentación científica se aplica el SI.

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