Introducción y conceptos básicos.ppt (inganieria termica) chikilin

CURSO:INGENIERIA TERMICA I• PROFESOR: ING. GUILLERMO RENGIFO• HORARIO:

LUNES :08:45 a 11:00p.mMARTES:08:45 a 11:00p.m

• EVALUACIÓN : TIPO F• BIBLIOGRAFÍA:

TERMODINÁMICA : Porter, Mc Graw Hill, 1998TERMODINÁMICA : (2vol),Cengel, Mc Graw Hill, 1998FUNDAMENTOS DE TERMODINAMICA:MoránM,J; Shapiro H,N

TERMODINÁMICA APLICADA: Jaime Postigo y Juan cruz

ANTECEDENTES

La termodinámica es una materia que trata sobre la energía. Ciencia que tiene una amplia aplicación que va desde los organismos microscópicos hasta los electrodomésticos, los vehículos de transporte, los sistemas de generación de energía eléctrica e incluso la filosofía.

OBJETIVOS

• Cubrir los principios básicos de la termodinámica• Proporcionar al estudiante una idea cómo se aplica la

termodinámica en la práctica de la ingeniería.• Desarrollar una comprensión intuitiva de la

termodinámica haciendo énfasis en la física y en los argumentos físicos.

AREAS DE LA APLICACIÓN DE LA TERMODINÁMICA

ElectrodomésticosEstufa eléctrica o de gas, sistemas de calefacción y aire acondicionado, refrigerador, olla a presión, plancha televisor e incluso computador.A escala mayor:Diseño y análisis de motores automotrices, cohetes, plantas de energía convencionales o nucleares, colectores solares etc.

INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS

SISTEMA: Es una cantidad de materia o región en el espacio elegida para fines de estudio

SISTEMA

Limite o frontera del sistema

alrededores

SISTEMA CERRADO:

Llamado también sistema termodinámico, consta de una cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera

SISTEMA CERRADO

masa: NO

energía: SI

SISTEMA AISLADO

Es aquel donde no existe interacción alguna entre el sistema y sus alrededores. Es decir ninguna forma de energía cruza sus fronteras.

GASAISLANTETERMICO

SISTEMA ADIABATICO

No hay intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores

SISTEMA CERRADO O ABIERTO

CALOR: N0

SISTEMA ABIERTO O VOLUMEN DE CONTROL

• En el cual hay flujo másico que atraviesa sus límites de control.Ejemplos:

• Un compresor• Turbina• Tobera, calentador de agua, radiador de

automóvil. etc.

Esquema de sistema abierto

VOLUMEN DE CONTROL (V.C)

SUPERFICIE DE CONTROL

mi ms

PROPIEDADES DE UNA SUSTANCIA:

Son parámetros característicos de un sistema. Indica las condiciones que se encuentra y son independientes de la trayectoria que ha seguido para llegar a dicho estado.Ejemplos: o Presión (P) o temperatura (T)o volumen (V) o densidad (ρ) etc.

CLASIFICACION DE LA S PROPIEDADES

• A) PROPIEDADES TERMOESTÁTICAS (internas).-Son aquellas que describen las características de las sustancias del sistema únicamente Ejemplos: Presión, temperatura, masa etc.

• B) PROPIEDADES MECÁNICAS (externas).-Describen aspectos de la sustancia del sistema combinando con el medio exterior. Ejemplos: Peso, velocidad, energía cinética, energía potencial.

• C) PROPIEDADES INTENSIVAS.- Aquellas que son independientes de la masa del sistema. Ejemplo: Presión, temperatura, densidad, viscosidad etc.

• D) PROPIEDADES EXTENSIVAS.-Dependen de la masa del sistema.Ejemplo: Volumen, peso, energía cinética y potencial total.

• E) PROPIEDADES ESPECÍFICAS.- Estas resultan de dividir las propiedades extensivas entre la masa del sistema convirtiéndose en intensivas.

ESTADO Y EQUILIBRIO TERMODINÁMICO

ESTADO.- Es la situación de un sistema en un momento determinado y se caracteriza por sus propiedades

EQUILIBRIO TERMODINÁMICO:Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando satisface lo siguiente:1.EQUILIBRIO TÉRMICO.- Cuando la temperatura es constante en todo el

sistema.2. EQUILIBRIO MECÁNICO.-La presión es invariable en todo el sistema.3. EQUILIBRIO QUIMICO.- Si su composición química no cambia con el

tiempo, es decir, no existen reacciones químicas expontáneas en el sistema.

PROCESOS Y CICLOS

PROCESO.-Es el cambio de un estado de equilibrio a otro experimentado por un sistema.CICLO TERMODINÁMICO.- Es una sucesión de procesos, donde

el último de ellos termina en el estado inicial del primero. TRAYECTORIA.- es la serie de estados por lo que pasa un sistema

durante un proceso.

PROCESOS ESPECIALES:

1.ISOTÉRMICO.-Es aquel proceso durante el cual la temperatura permanece invariable

2.ISOBÁRICO.- La presión permanece invariable durante este proceso

3.ISOCÓRICO O ISOMÉTRICO.-El volumen permanece constante durante este proceso

4.POLITROPICO.- Sigue la ley : PVn = cte.5. REVERSIBLE.- cuando este puede invertirse y retornar a su

estado original sin provocar cambios en el medio circundante.6. CUASIESTÁTICO O CUASIEQUILIBRIO.- Es aquel proceso en el cual

el equilibrio termodinámico es infinitesimal y todos los estados por lo que pasa el sistema durante un proceso pueden considerarse en equilibrio.

DIAGRAMAS DEL CICLO DIESEL

LA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

Si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio entre si.

AISLANTE TERMICO

A

B

C

SI: TA = TB y TB = TC TA = TC

FORMULAS Y UNIDADES UTILIZADAS EN EL CURSO

• A) Relación entre las diferentes escalas de temperatura

Donde: °C y °F son escalas relativas K y R son escalas absolutas

UNIDADES DE PRESIÓN

B) Unidades de presión Pabs = Pman + Patm

Equivalencias:1atm= 1,013bar= 14,7PSI =760mmHg =10,33mca• 1bar = 105Pa• 1MPa=106Pa• 1kPa=103Pa

• C) Unidades de energía caloría, kilocaloría, joule, Btu

Equivalencias:1cal = 4,186J1Btu = 252cal = 1,0551kJ

• D) Unidades de potencia Watt, HP, CV Watt (W) = J/s

• Equivalencia:• 1kW= 1000W = 1,36HP=1,34CV

TRABAJO Y CALORTRABAJO.- E s una forma de energía que cruza los límites del sistema. El trabajo es un fenómeno de limite y transitorio. Ejemplos: Un pistón ascendente, un eje giratorio, un cable eléctrico que cruza la frontera del sistema

Unidades de trabajoTrabajo (W) (J, kJ)Trabajo específico (w) (kJ/kg)Potencia (W) (kJ/s = kW)

Convención de signos :W (+): Cuando el trabajo es desarrollado por el sistema W (-): Cuando el trabajo es desarrollado sobre el sistema

OTRAS FORMAS DE TRABAJO

1.- Trabajo de fricción o rozamiento 2.-Trabajo eléctrico

1W2= VIt= I2Rt1W2= mgL = VIt

EN GENERAL Trabajo en un proceso

1W2 = Wexp + Welect + Wfricc +……………………….Donde:Wexp (+): Trabajo de limite móvil o reversibleWfricc(-): Trabajo irreversible

CALOR (Q):Es aquella forma de energía que se manifiesta en los límites del sistema a consecuencia de la variación de su temperatura entre éste y su medio externo o alrededores

Convención de signos:Q (+): Cuando el calor es entregado al sistemaQ (-): Cuando el calor es desarrollado por el sistema 1 Q 2: Calor del proceso de 1 a 2

CALOR Y TRABAJO1. Ambos son fenómenos de límite2. El calor y trabajo dependen de la trayectoria (son fenómenos transitorios)3. El calor y trabajo son diferenciales inexactas y no son propiedades

EJERCICIOS:1. Un vehículo de 4000lb-m tiene una velocidad de 28,62m/s. Determinar su energía Cinética en kJ.2 .Un medidor de vacio conectado a una cámara marca 0.4bar en un lugar donde la presión atmosférica es de 0.986bar. Calcular la presión absoluta en la cámara3. Un cilindro vertical y pistón sin fricción contiene un cierto gas a 1,7bar y 27°C. Calcular la masa del pistón en kg.4. En un lugar evaluado para instalar una turbina eólica tiene vientos permanentes de de 9m/s, determinar la energía eólica para un flujo de 1160kg/s de aire (kW)

Ejemplos de propiedades específicas:•Volumen específico(v)

(m3/kg, cm3/g)

•Energía cinética específica (ec)

(m2/s2)

•Volumen molar específico( )

(m3/mol)