Propiedades termodinámicas TEMA I

Transcripción

1 Propiedades termodinámicas

2 Presión Se define como la fuerza normal a la superficie real o ficticia ejercida por unidad de área. En la termodinámica clásica solo se consideran los efectos macroscópicos de la presión. Se define presión de forma matemática como: F P = lim A a A Para un área definida con una fuerza homogénea sobre la misma: P = F A

3 Se habla de presión cuando nos referimos a Líquidos y a Gases, mientras que para un sólido se conoce como esfuerzo normal. Unidades: Sistema Internacional (SI) P = F A P = N m 2 1 PP = 1 N m 2 Pascal 1 kpp = PP 1 MPP = PP

4 Pascal es una unidad pequeña por lo que normalmente se expresa en sus múltiplos kpa o MPa, por ejemplo 1 atmosfera de presión equivale a Pa o 101,325 Pa. Sistema Ingles (USCS) P = LLL ppp 2 Otras unidades serían: 1 ppp = 1 lll ii 2 1 bbb = 100 kkk 1 kkk cc 2 = 9, PP

5 Esfuerzo normal Es la fuerza que actúa perpendicularmente (vector normal) a la superficie por unidad de área. Se emplea esta definición en sistemas sólidos. Clasificación de las Presiones Presión Absoluta Es la presión real a una determinada posición en un sistema y se mide respecto al vacío absoluto. Esta presión será la que emplearemos para determinar los cálculos termodinámicos. Presión Atmosférica Es la presión que ejerce la columna de aire (atmosfera) sobre el punto de estudio. Varía con la altura pero normalmente se establece que a nivel del mar la presión es una atmósfera (1 atm).

6 Presión Manométrica Es aquella que se ubica por encima de la presión atmosférica y el resultado es de la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. P MMM = P AAA P AAA Los equipos de medición normalmente se calibran a la presión atmosférica como el punto cero por lo que miden es la presión manométrica. Se les denomina manómetros. Presión de Vacío Es aquella cuyo valor es inferior a la presión atmosférica y se calcula con la diferencia entre presión atmosférica y la absoluta. Esta es medida mediante un vacuómetro. P VVV = P AAA P AAA

7 Identificación de las presiones Para diferenciar el tipo de presión con la que se está trabajando algunas unidades incluyen un subíndice o sufijo, por ejemplo para las unidades absolutas se coloca el sufijo a y para las manométricas g (gauge). Eejmplo: psia, psig, bara, barg. Patm Pman Pvac Patm Patm Patm Pabs Vacío Absoluto P=0

8 Variación de la presión con la profundidad La presión de un fluido se incrementa con la profundidad debido a que una mayor cantidad de este descansa sobre las capas más profundas P 1 dy P 2 P 1 = P 2 y 2 y 1 ρ g g c dd Si la densidad varía con la altura P 2 P 1 = ρ g g c y 1 y 2 Manómetro Dispositivo para medir as diferencias de presión pequeñas o moderadas basadas en la diferencia de altura de un fluido manométrico en un tubo en U. Este fluido suele ser mercurio, glicerina o agua.

9 Constante de Proporcionalidad (g c ) Surge debido a que el sistema Ingles (USCS) no posee una relación en múltiplos de 10 3 entre sus variables como el SI, además no posee una relación de conversión directa que relacione libra fuerza con la masa, por lo que se debe emplear un factor de corrección para la consistencia de unidades denominado constante gravitacional gc De la ley de Newton: F= m a g c Sistema Longitud Tiempo Fuerza Masa g c 1 Metro Segundo Newton Kilogramo 2 Pie Segundo Libra Fuerza Slug 3 Pie Segundo Libra Fuerza Libra Masa Kg m 1 2 N s 1(slug)(ft) 2 (lb )(s ) f (lbm)(ft) 2 (lb )(s ) f

10 Propiedades Termodinámicas Volumen Específico Matemáticamente se define como: θ = lim m μ V m En un sentido general para un sistema homogéneo θ = V m donde θ = 1 ρ V es el Volumen del sistema y m la masa del sistema. Muy empleada en los fluidos como gas y vapor, por ejemplo a menor presión menor cohesión y a menor cohesión mayor volumen para una misma masa, por lo que el volumen específico aumenta.

11 Temperatura La temperatura de un cuerpo es una medida de su capacidad para transferir calor. El calor es una forma de transferir energía y esa transferencia de energía ocurre cuando hay desequilibrio térmico (Fuerza impulsora) es lo que mide un termómetro y es una propiedad de los cuerpos que no se puede disociar de la materia tangible, mientras que el calor es energía y puede existir independientemente de la materia. Cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre dos puntos mayor será la capacidad de transferir calor. Temperatura Calor

12 Ley Cero de la Termodinámica Establece que si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio térmico entre sí. Dos cuerpos están en equilibrio térmico si ambos tienen la misma temperatura incluso si no están en contacto A C Si se permite el suficiente tiempo para alcanzar el equilibrio TA=TB TA=TC Por lo tanto TB=TC B

13 Escalas relativas de Temperatura La escala empleada en el sistema internacional para la temperatura es el celcius ( C) y en el sistema inglés es el fahrenheit ( F) Son escalas relativas ya que se basan en un punto de referencia, por ejemplo 0 C es el punto triple del agua y 100 para la formación de vapor. (0 F y 212 F respectivamente). Escalas Absolutas Es una escala de temperatura independiente de las propiedades de cualquier sustancia o sustancias. En el sistema internacional está el kelvin (K) y en el sistema inglés está el rankine ( R) La referencia de estas escalas es el cero absoluto (0 K), punto en el cual se presume que no existe movimiento molecular.

14 Relaciones de Escalas kelvin rankine fahrenheit / celcius T K = T C + 273,15 T R = T F + 459,67 T R = 1,8 T K T F = 1,8 T C + 32 T K = T(ºC) T ºR = T(ºF)