El término termodinámica proviene del griego therme, (Calor) y dynamis, (Fuerza).

Transcripción

1 Termodinámica El término termodinámica proviene del griego therme, (Calor) y dynamis, (Fuerza). Es una herramienta analítica teórica y practica que interpreta fenómenos naturales desde el punto de vista de las relaciones de materia y energía. Estudia el intercambio de energía en sus diversas formas, su interacción con los equipos, las propiedades de la materia y el uso racional de la energía. Einstein: La termodinámica genera modelos idealizados en los que luego se introducen las modificaciones para llevarlos a la realidad

2 Energía Se puede considerar como la capacidad de causar cambios, la materia tiene energía que existe desligada de ella, la energía no se puede crear ni destruir, solo redistribuir. Sistema Un sistema se define como la cantidad de materia o región en el espacio elegida para un análisis. Alrededores Frontera Sistema

3 Sistema Cerrado Conocido también como masa de control, consta de una cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera, pero la energía en forma de calor y trabajo si pueden cruzar la frontera. Sistema Aislado No existe ni entrada ni salida de masa ni de energía a través de las fronteras del sistema m=constante X Masa Energía Sistema Cerrado

4 Sistema Abierto Conocido también como volumen de control, es una especie de región elegida apropiadamente en el espacio, normalmente encierra a dispositivos con procesos de flujo como compresores, turbinas, toberas, tanto la masa como la energía pueden cruzar la frontera de un volumen de control. Cualquier sección arbitraria en el espacio se puede seleccionar como volumen de control Frontera real Frontera móvil Frontera imaginaria Masa Frontera fija Sistema Abierto

5 Propiedades de un sistema Son las características medibles de un sistema, algunas propiedades muy familiares son Presión (P), Temperatura (T), Volumen (V) y masa (m), también se pueden incluir viscosidad, conductividad térmica, modulo de elasticidad, coeficiente de expansión térmica, resistividad electrica, entre otros. Propiedades intensivas Son aquellas independientes de la masa de sistema, como temperatura, presión y densidad. Propiedades Extensivas Son aquellas cuyos valores dependen del tamaño o extensión del sistema, la masa total, el volumen total y cantidad de movimiento. T P ½ m T P ½ m

6 Denotación de las propiedades Las letras mayúsculas son para las propiedades extensivas a excepción de la masa, y las minúsculas para las intensivas con excepción de la presión y la temperatura, si la variable proviene de un nombre propio su nombre se escribe en minúscula pero su abreviatura en Mayúscula, por ejemplo newton (N). Propiedades específicas Se refieren a las propiedades extensivas por unidad de masa, como por ejemplo el volumen específico (v=v/m)

7 Estado Considere un sistema que no experimente cambios, en estas circunstancias se pueden medir o calcular todas las propiedades del sistema lo cual da un conjunto de propiedades. En un estado específico todas las propiedades de un sistema tienen un valor fijo, si cambia alguna propiedad el estado cambia a uno diferente. P Solido Líquido Gas m=1 kg T 1 =20 C V 1 =1,5 m 3 m=1 kg T 2 =20 C V 2 =2 m 3 T

8 Estado de equilibrio En un estado de equilibrio no hay potenciales desbalanceados (o fuerzas impulsoras) dentro del sistema y este no experimenta cambios cuando es aislado de sus alrededores. Tipos de Equilibrio Existen muchos tipos de equilibrio y un sistema no esta en equilibrio termodinámico a menos que se satisfagan todas las condiciones de todos los tipos de equilibrio. Equilibrio térmico (T constante) T1 T2 Equilibrio mecánico (P constante) P1 P2 T1=T2= =Ti P1=P2= =Ti

9 Equilibrio de fases Si en un sistema hay dos fases o mas, cuando la masa que se transfiere de una fase alfa a una fase beta es la misma que retorna a alfa proveniente de la fase beta. T=Ctte P=Ctte α β dd α = dd β Equilibrio Químico Cuando su composición química no cambia con el tiempo. Es decir, si no ocurren reacciones químicas o mezcla de componentes diferentes.

10 Postulado de Estado El estado de un sistema compresible simple se especifica por completo mediante dos variables intensivas independientes. Sistema compresible simple Cuando carece de efectos eléctricos, magnéticos, gravitacionales de movimiento y de tensión superficial. Procesos y ciclos Estado 2 Propiedad A Estado 1 Trayectoria del proceso Propiedad B

11 Procesos y ciclos Cualquier cambio de un estado de equilibrio a otro experimentado por un sistema es un proceso y la serie de datos por los que pasa durante este proceso se llama trayectoria del proceso Cuando un proceso se desarrolla de tal manera que todo el tiempo del sistema permanece infinitamente cerca de un estado de equilibrio estamos en un proceso de cuasiequilibrio o cuasiestatico. Compresión Rápida No Cuasiequilibrio Compresión lenta Cuasiequilibrio

12 Diagrama de proceso Los diagramas emplean propiedades termodinámicas en forma de coordenadas, se emplean variables como T, P, V o v (volumen específico) Estado 2 Presión (P) Estado 1 Trayectoria del proceso Volumen específico (v) 1 2

13 Procesos Isotérmicos (T Ctte.) Isobáricos (P Ctte.) Isocóricos o Isométricos (Volumen específico constante) Ciclo Cuando su estado inicial y final coinciden en un proceso Proceso de flujo estacionario o uniforme Estacionario, cuando no hay cambios con el tiempo y su contrario en no estacionario o transitorio. Uniforme, ningún cambio en una ubicación específica Proceso durante el cual un fluido fluye de forma estacionaria por un volumen de control Las propiedades pueden cambiar de un punto a otro en un volumen de control, pero en un punto fijo permanecen sin cambio durante todo el proceso