Maquinas y equipos termicos
CombustiblesClasificacin de los combustiblesPodemos clasificar a
los combustibles segn su origen en comerciales y
especiales.Combustibles comerciales
Maquinas y equipos termicosNaturales o primarios
Slidoscarbn, madera, biomasaalgunos metales (costo muy
elevado)Uranio (elemento radiactivo que genera la fisin en un
reactor nuclear)
NGasesGas naturalGas licuado de petrleo (GLP) Artificiales o
secundariosSlidoscoque (destilado de carbn de hulla)carbn vegetal
(destilado de la madera a 250C)Aglomerado de hullaBiomasa residual
(basura y residuos urbanos, estircol, etc.)
Maquinas y equipos termicos
NLquidosAlcoholes (destilados de la biomasa)Aceites de nafta y
benzol (destilados de petrleo)GaseososDestilados de
maderaDestilados de la hullaDestilados de naftas de petrleo
Maquinas y equipos termicos
NCombustibles especialesEste tipo de combustibles generalmente
se utilizan para impulsar cohetes o en usos militares.LquidosH2
liquido + O2 liquidoKerosene + O2 liquidoDimetilhidracina [
NH2-N(CH3)2] + N2O4SlidosPerclorato amnico ( NH4ClO4)Plvora (NaNO3
o KNO3 ,+ S + C )
Maquinas y equipos termicos
NSe denomina combustible fsil al que proviene de restos orgnicos
vegetales y animales y se extrae de la naturaleza. Ellos son el
carbn, el petrleo y el gas natural. El petrleo es un combustible
pero generalmente no se lo utiliza como tal directamente, sino que
se lo caracteriza como una excelente materia prima para obtener,
mediante su refinacin y tratamiento, otras sustancias de mayor
importancia industrial como los gases licuados de petrleo (GLP),
naftas, gas-oil, fuel-oil, y otros productos.
Maquinas y equipos termicos
NPropiedades de los combustiblesLas propiedades ms
caractersticas de un combustible son las
siguientes:ComposicinConocer la composicin de un combustible es muy
importante para poder determinar los parmetros caractersticos
estequiomtricos de la reaccin de combustin y conocer si en el
existen sustancias que puedan tener importancia posterior en cuanto
a la contaminacin o nocividad de los productos de reaccin.
Maquinas y equipos termicos
NCombustinConceptos sobre combustinLa reaccin de combustin se
basa en la reaccin qumica exotrmica de una sustancia o mezcla de
sustancias llamada combustible con el oxgeno. Es caracterstica de
esta reaccin la formacin de una llama, que es la masa gaseosa
incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la
sustancia combustible.Maquinas y equipos termicos
NLa reaccin de combustin puede llevarse a cabo directamente con
el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan
oxgeno, llamada comburente, siendo el aire atmosfrico el comburente
mas habitual.
Maquinas y equipos termicos
NLa reaccin del combustible con el oxgeno origina sustancias
gaseosas entre las cuales las ms comunes son CO2 y H2O. Se
denominan en forma genrica productos, humos o gases de combustin.
Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el
oxigeno y no con el nitrgeno, el otro componente del aire. Por lo
tanto el nitrgeno del aire pasar ntegramente a los productos de
combustin sin reaccionar.
Maquinas y equipos termicos
NEntre las sustancias mas comunes que se pueden encontrar en los
productos o humos de la reaccin se encuentran:CO2 H2O como vapor de
aguaN2O2COH2Carbono en forma de hollnSO2
Maquinas y equipos termicos
NDe acuerdo a como se produzcan las reacciones de combustin,
estas pueden ser de distintos tipos:Combustin completaOcurre cuando
las sustancias combustibles reaccionan hasta el mximo grado posible
de oxidacin. En este caso no habr presencia de sustancias
combustibles en los productos o humos de la reaccin.
Maquinas y equipos termicos
NCombustin incompletaSe produce cuando no se alcanza el grado
mximo de oxidacin y hay presencia de sustancias combustibles en los
gases o humos de la reaccin.Combustin estequiomtrica o tericaEs la
combustin que se lleva a cabo con la cantidad mnima de aire para
que no existan sustancias combustibles en los gases de reaccin. En
este tipo de combustin no hay presencia de oxigeno en los humos,
debido a que este se ha empleado ntegramente en la reaccin.
Maquinas y equipos termicos
NCombustin con exceso de aireEs la reaccin que se produce con
una cantidad de aire superior al mnimo necesario. Cuando se utiliza
un exceso de aire, la combustin tiende a no producir sustancias
combustibles en los gases de reaccin. En este tipo de combustin es
tpica la presencia de oxigeno en los gases de combustin.La razn por
la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer
reaccionar completamente el combustible disponible en el
proceso.
Maquinas y equipos termicos
NCombustin con defecto de aireEs la reaccin que se produce con
una menor cantidad de aire que el mnimo necesario. En este tipo de
reaccin es caracterstica la presencia de sustancias combustibles en
los gases o humos de reaccin.
Maquinas y equipos termicos
NPoder CalorficoEl poder calorfico (PC) de un combustible es la
cantidad de energa desprendida en la reaccin de combustin, referida
a la unidad empleada de combustible (Kg, Kmol, m3)De acuerdo a como
se expresa el estado del agua en los productos de reaccin se puede
dividir en:
Maquinas y equipos termicos
NPoder calorfico Superior (PCS):Expresa la cantidad de calor que
se desprende en la reaccin completa de la unidad de combustible con
el agua de los humos en forma lquida a 0 C y 1 atm.
Maquinas y equipos termicos
NPoder calorfico Inferior (PCI):Expresa la cantidad de calor que
se desprende en la reaccin completa de la unidad de combustible con
el agua de los humos en estado de vapor.
Maquinas y equipos termicos
NViscosidadLa viscosidad tiene gran importancia en los
combustibles lquidos a efectos de su almacenamiento y transporte.
Su determinacin es experimental y los valores tpicos se encuentran
tabulados para los distintos combustibles industriales lquidos.
Maquinas y equipos termicos
NDensidadGeneralmente se determina experimentalmente y para el
caso de los combustibles gaseosos se utiliza la densidad relativa
al aire. En la prctica es muy importante conocer este parmetro para
saber si el gas combustible se acumula en el techo o en el suelo,
en caso de una fuga en un local cerrado.La densidad absoluta del
aire en condiciones normales es de 1,293 kg/m3Para los combustibles
lquidos, en forma aproximada se puede utilizar la siguiente
frmula:
Maquinas y equipos termicos
NDensidad = 250 + 9,13 mc + mh expresada en kg / m3 a 15 Cdonde
mc y mh son las masas respectivas de carbono e hidrgeno.Tambin es
muy frecuente emplear una unidad convencional llamada "G" que se
mide en API y se calcula comoG = (141,5 / densidad) - 131,5 con la
densidad en kg/ m3
Maquinas y equipos termicosNLimite de inflamabilidadEsta
propiedad es caracterstica a los combustibles gaseosos y establece
la proporcin de gas y aire necesaria para que se produzca la
combustin, indicando un lmite superior y uno
inferior.Ejemplo:PROPANO Lmite inferior: 2,4 % Limite superior: 9,5
%
Maquinas y equipos termicos
NPunto de inflamacinPara que una reaccin de combustin se
produzca, la mezcla de combustible y comburente debe alcanzar una
temperatura mnima necesaria, que recibe el nombre de punto de
inflamacin.El punto de inflamacin depende del comburente, por lo
que su valor no es el mismo si se utiliza oxgeno o aire.
Maquinas y equipos termicos
NUna vez iniciada la reaccin, el calor mantendr la temperatura
por encima de la inflamacin y la reaccin continuara hasta agotarse
el combustible.Otra temperatura importante es la temperatura de
combustin o de llama mxima, que se alcanza en la combustin. En la
bibliografa especifica estos valores se encuentran tabulados:
Maquinas y equipos termicos
NEjemplo
Maquinas y equipos termicosTemp de InflamacinTemp de combustinen
aire420 C1960 Cen oxgeno280 C2790 CNComburentesAireComo ya se ha
mencionado anteriormente, el comburente es el agente que aporta el
oxigeno a una reaccin de combustin y la fuente mas usual y econmica
de oxgeno disponible es el aire.Si dos reactivos participan en una
reaccin y uno de ellos es considerablemente ms costoso que el otro,
es muy comn que el reactivo ms econmico se utilice en exceso con
respecto al reactivo mas caro. Esto se justifica a efecto de
aumentar la conversin del reactivo ms caro a expensas del costo del
reactivo en exceso. En consecuencia, como el reactivo mas econmico
es el aire, que adems es gratis, las reacciones de combustin se
realizan invariablemente con ms aire del que se necesita, para
asegurarse en proporcionar oxigeno en cantidad estequiomtrica al
combustible.
Maquinas y equipos termicosNPropiedades y definicionesEn el
manejo de las ecuaciones de reacciones de combustin generalmente se
emplean algunos conceptos importantes a saber:Aire terico o
requeridoEs la cantidad de aire que contiene el oxgeno terico
Maquinas y equipos termicosNOxgeno tericoSon las moles (para un
proceso intermitente) o la velocidad de flujo molar (para un
proceso continuo) de oxigeno que se necesitan para efectuar la
combustin completa del combustible en el reactor, suponiendo que
todo el carbono del combustible se oxida para formar CO2 y todo el
H2 se oxida para formar H2O.
Maquinas y equipos termicosNExceso de aireEs la cantidad de aire
en exceso con respecto al terico o requerido para una combustin
completa.Para su clculo pueden emplearse las siguientes expresiones
equivalentes:
% de exceso de aire = (O2 que entra al proceso - O2 requerido/O2
requerido) x 100% de exceso de aire = (O2 de exceso / O2 de entrada
- O2 de exceso) x 100
Maquinas y equipos termicosNPara los clculos de aire terico y
aire en exceso deben tenerse en claro los siguientes conceptos: El
aire terico requerido para quemar una cierta cantidad de
combustible no depende de la cantidad que realmente se quema. El
combustible puede reaccionar parcialmente y puede quemarse
parcialmente para formar CO y CO2 pero el aire terico es aquel que
se requerira para reaccionar con todo el combustible para formar
solo CO2Maquinas y equipos termicosNEl valor del porcentaje de aire
en exceso depende solo del aire terico y de la velocidad de
alimentacin de aire y no de cuanto O2 se consume en el reactor o
bien de que la combustin sea completa o parcial.
Maquinas y equipos termicos
NComposicin del aireEl aire atmosfrico presenta la siguiente
composicin
Maquinas y equipos termicoscomponente% en volumenusual% en
pesoUsualNitrgeno78,037975,4576,8Oxgeno20,992123,2023,2Argn0,941,30CO20,030,05gases
varios0,01Peso molecularKg / Kgmol28,96729NEn la mayora de los
clculos de combustin es aceptable utilizar esta composicin
simplificada a 79 % de N2 y 21 % de O2As un Kmol de aire contiene
0,21 Kmol de oxigeno y 0,79 Kmol de nitrgeno, siendo la relacin de
79/21 = 3,76 Kmol de N2 / Kmol de O2 o tambin puede expresarse como
la cantidad de 4,76 Kmol de aire / Kmol de oxigeno que equivale a
la cantidad de aire necesaria para contener 1 Kmol de
oxgeno.Maquinas y equipos termicosNEn trminos de composiciones de
masa o kilogramos, estas cantidades son diferentes: 1 kg de aire
contiene 0,233 kg. de oxigeno y 0,766 kg. de nitrgeno y la cantidad
de aire necesaria para contener 1 kg. de oxigeno es de 4,292 kg. de
aire.
Maquinas y equipos termicosNCombustin completaComo se menciono
anteriormente, en la combustin completase queman las sustancias
combustibles del combustible hasta el mximo grado posible de
oxidacin. En este tipo de reaccin no se encontraran sustancias
combustibles en los humos o gases de combustin.
Maquinas y equipos termicosNLas reacciones qumicas que se
utilizan en el estudio de las combustiones tcnicas tanto si se
emplea aire u oxigeno, son muy sencillas y las principales son:C +
O2 -----------------CO2CO + O2 ------------CO2H2 + O2
-------------H2OS + O2 -----------------SO2SH2 + 3/2 O2
---------SO2 + H2O
Maquinas y equipos termicosNEstas reacciones corresponden a
reacciones completas de sustancias que pueden pertenecer a un
combustible gaseoso, lquido o slido y se expresan para 1 mol o 1
Kmol de sustancia combustible.Tambin es muy comn realizar otros
clculos estequiomtricos definiendo distintas relaciones a
saber:Composicin de humos secosComposicin de humos hmedosKg de aire
/ Kg de combustibleKmol de aire / Kmol de combustibleKg de humos
secos / Kg de combustibleKg de humos hmedos / Kg de combustible
Maquinas y equipos termicosNTodas estas relaciones se utilizan
para efectuar un balance msico completo de una reaccin de
combustin.
Maquinas y equipos termicos
NCombustin incompletaEste tipo de reaccin se caracteriza por la
presencia de sustancias combustibles o tambin llamados inquemados
en los humos o gases de combustin. Estas sustancias generalmente
son carbono como holln, CO, H2 y tambin pueden aparecer pequeas
cantidades de los hidrocarburos que se utilizan como
combustibles.
Maquinas y equipos termicos
NAplicaciones de las reacciones de combustinLas reacciones de
combustin son muy tiles para la industria de procesos ya que
permiten disponer de energa para otros usos y generalmente se
realizan en equipos de proceso como hornos, calderas y todo tipo de
cmaras de combustin.En estos equipos se utilizan distintas
tecnologas y dispositivos para llevar a cabo las reacciones de
combustin.
Maquinas y equipos termicos
NUn dispositivo muy comn denominado quemador, produce una llama
caracterstica para cada combustible empleado. Este dispositivo debe
mezclar el combustible y un agente oxidante (el comburente) en
proporciones que se encuentren dentro de los lmites de
inflamabilidad para el encendido y as lograr una combustin
constante. Adems debe asegurar el funcionamiento continuo sin
permitir una discontinuidad en el sistema de alimentacin del
combustible o el desplazamiento de la llama a una regin de baja
temperatura donde se apagara.
Maquinas y equipos termicos
NLos quemadores pueden clasificarse en dos tipos, de mezcla
previa o premezcla donde el combustible y el oxidante se mezclan
antes del encendido y el quemador directo, donde el combustible y
el oxidante se mezclan en el punto de ignicin o encendido.
Maquinas y equipos termicos
NTambin debe tenerse en cuenta para su operacin otros parmetros
como estabilidad de la llama, retraso de ignicin y velocidad de la
llama, los cuales deben mantenerse dentro de los limites de
operacin prefijados.
Maquinas y equipos termicos
NPara el quemado de combustibles lquidos, en general estos
atomizados o vaporizados en el aire de combustin. En los quemadores
de vaporizacin, el calor de la llama convierte continuamente el
combustible liquido en vapor en el aire de combustin y as se auto
mantiene la llama.
Maquinas y equipos termicos
NPara el caso de combustibles gaseosos, se utilizan distintos
diseos que pueden ser circulares o lineales con orificios, que
permiten la salida del gas combustible y un orificio por donde
ingresa el aire mediante tiro natural o forzado.
Maquinas y equipos termicos
NEs importante comprender que como resultado de una combustin,
mediante la operacin de estos dispositivos, se pueden producir
sustancias nocivas y contaminantes, las cuales debern ser
perfectamente controladas, reducindolas a concentraciones
permitidas o eliminadas, de acuerdo a la legislacin vigente sobre
el tema.
Maquinas y equipos termicosNNAFTASMaquinas y equipos termicosLas
naftas son una mezcla de hidrocarburos que se encuentran refinados,
parcialmente obtenidos en la parte superior de la torre de
destilacin atmosfrica. Diferentes tipos de empresas y refineras
producen generalmente dos tipos de naftas: liviana y pesada, en las
cuales ambas se diferencian por el rango de destilacin el cual
despus es utilizado para la produccin de diferentes tipos de
gasolinas.
NLas naftas o gasolinas son altamente inflamables por lo cual su
manejo y su almacenamiento requieren de un proceso extremadamente
cuidadoso y especial. Las naftas tambien son utilizadas en los
espacios agrcolas como solventes, tambin tiene uso en la industria
de pinturas y en la produccin de solventes especficos.Maquinas y
equipos termicos
NGASOLINASMaquinas y equipos termicosLa gasolina, como todo
producto derivado del petrleo es una mezcal de hidrocarburos en las
cuales las propiedades de octanaje y volatilidad proporcionan al
motor del vehculo un arranque fcil en fro, una potencia mxima
durante la aceleracin, la no dilucin del aceite y un funcionamiento
normal y silencioso bajo las condiciones de operacin del motor.
Principalmente se utiliza en los motores de vehculos, motores
marinos y de herramientas de trabajo como podadoras, cortadoras o
sierras.NDentro de su clasificacin tenemos que hay tres tipos de
gasolinas comerciales: La primera de ellas se le conoce como
Regular Unleaded, o gasolina regular vulgarmente, en el cual su
ndice de octano es el resultado de la mitad de la sumatoria del
octano RON ms el octano MON, es de 89 octanos mnimo. La gasolina
sin plomo equivalente a la Regular Unleaded. Esta gasolina puede
que no sea un combustible el cual le brinde al motor un rendimiento
y un pique de alto resultado, pero al no contener plomo esta es
mucho menos contaminante y relativamente menos corrosiva al motor
del vehculo y sus partes.
Maquinas y equipos termicosNEl segundo se lo conoce como
Gasolina con plomo o normal en cual el ndice de octanaje es de
alrededor de 82 octanos mnimo. Las gasolinas con plomo son
gasolinas en las cuales el ndice de contaminacin es mucho mayor que
cualquier otros debido a su alto contenido de sustancias txicas y
nocivas al medio ambiente evacuadas por los gases de
combustin.Maquinas y equipos termicosNAl ser muy contaminante al
medio ambiente, tenemos que tambin es muy corrosivo al motor del
vehculo ya que este es daado por las sustancias que componen el
combustible, produciendo problemas mecnicos en el funcionamiento
del motor.Maquinas y equipos termicos
NEl tercero denominado como Premium o vulgarmente como nafta
sper, con ndice de octano mnimo de 96. Tiene un octanaje superior a
96 octanos, y se dice que pertenece a la nueva generacin de
combustibles reformulados, ya que adiciona un componente de mezcla
oxigenado, conocido como el Metil Ter Butil Eter (MTBE), como
contribucin para mejorar la combustin y con ello la proteccin al
medio ambiente. Por su elevado octanaje se recomienda para aquellos
vehculos con alta relacin de compresin.Maquinas y equipos
termicosNTcnicamente la gasolina super tiene una composicin, que
incluye aditivos, que aseguran que el motor funcione sin dejar
depsitos en el sistema de admisin de combustible, haciendo que el
carburador, inyector y vlvulas de admisin libres de depsitos,
permiten conservar las condiciones de diseo, prolongando la vida
til del motor.Maquinas y equipos termicosNLuego tenemos otros tipos
de naftas ms especializados en los cuales superan los ndices de
octanaje de 98 octanos, haciendo al vehculo del motor tener ms
pique, rendimiento y velocidad. Un claro ejemplo es la Ultra o
Super Premium la cual tiene un ndice de octanaje superior a los 98
octanos.
Maquinas y equipos termicos
NNMERO DE OCTANOS El nmero de octanos en una gasolina, no es
siempre la misma, entonces para ello, y para que el funcionamiento
del motor del vheculo sea el correcto, se debe medir segn stas dos
maneras:
RON: Nmero de Octano Research MON: Nmero de Octano Motor
El primero se mide en condiciones de mxima carga y bajas
revoluciones, en el momento del pique; el segundo se mide con baja
carga y alta revoluciones, durante la aceleracin en ruta.
Maquinas y equipos termicosNPROPIEDADES DE LA GASOLINALa
gasolina tiene cuatro propiedades principales: ..Octanaje El
octanaje se la define como la principal propiedad de la gasolina ya
que esta altamente relacionada al rendimiento del motor del
vehculo. El octanaje se refiere a la medida de la resistencia de la
gasolina a ser comprimida en el motor. Esta se mide como el
golpeteo o detonacin que produce la gasolina comparada con los
patrones de referencia conocidos de isooctano y N-heptano, cuyos
nmeros de octano son 100 y cero respectivamente
Maquinas y equipos termicosNCon respecto a la combustin, esta,
en condiciones normales se realiza de manera rpida y silenciosa,
pero cuando el octanaje es inadecuado para el funcionamiento del
motor, la combustin se produce de manera violenta causando una
explosin o detonacin que por su intensidad puede causar daos serios
al motor del vehculo.Maquinas y equipos termicosNCurva de
destilacin Esta propiedad se relaciona con la composicin de la
gasolina, su volatilidad y su presin de vapor. Indica la
temperatura a la cual se evapora un porcentaje determinado de
gasolina, tomando una muestra de referencia.
Maquinas y equipos termicosNVolatilidad La volatilidad es una
propiedad la cual se mida al igual que la presin de vapor. Esta
registra de manera indirecta el contenido de los componentes
voltiles que brinden la seguridad del producto durante su
transporte y almacenamiento. Esta propiedad debe a su vez estar en
relacin con las caractersticas del ambiente de altura, temperatura
y humedad, para el diseo del almacenamiento del producto.
Maquinas y equipos termicosNNmero de octanos En este producto,
el n de octanos vara entre los 100 y los 130 segn los
requerimientos del motor a pistn a utilizar en el avin. Este
octanaje se obtiene gracias a aditivos los cuales estn a base de
plomo siendo stas las nicas gasolinas que contienen este aditivo
antidetonante. Dentro de lo que es la medicin, esta es llevada a
cabo por medio de una metodologa totalmente diferente a las
gasolinas para motor de vehculos.
Maquinas y equipos termicosNRefinacin del petrleo
Maquinas y equipos termicosEl petrleo, tal como se extrae de las
profundidades de la tierra o del mar mediante perforaciones
profundas, no es utilizable como combustible ya que requiere de
altas temperaturas para arder. Para poder aprovecharlo como fuente
de energa y/o materia prima es necesario separarlo en fracciones
adecuadas para preparar, a partir de ellas, los productos para las
diferentes aplicaciones que requiere el mercado.
NUna vez que el crudo es extrado, se transfiere a depsitos donde
se separa el agua, residuos slidos y adems el gas natural que
contiene principalmente metano (80%), etano (10%) y propano ms
butano (10%). Luego, se transporta hacia las refineras en camiones,
trenes, barcos o a travs de oleoductos. Maquinas y equipos
termicos
NEn las refineras se efectan las separaciones en inmensas torres
de fraccionamiento, sometindolo a destilacin fraccionada conocida
como proceso de Topping o destilacin primaria. El fundamento de
estas separaciones es la diferencia en el punto de ebullicin de los
componentes en una mezcla lquida. En las refineras el proceso
consiste en bombear continuamente el petrleo y calentarlo primero a
temperaturas entre 370 400 C en una caldera para que ingrese,
convertido en vapor, a lo torre de destilacin. Los vapores suben a
travs de los pisos y en ese ascenso, se van enfriando y condensando
las diferentes fracciones en los distintos niveles segn la
temperatura en que licuan. Las fracciones ms livianas se condensan
en los pisos superiores, ms fros; algunos gases sales y otros se
condensan regresando como reflujo. En los pisos inferiores se
condensan las fracciones ms pesadas y en la base queda el residuo
no vaporizado.Maquinas y equipos termicos
NEl residuo, tambin conocido como fuel oil (aceite combustible),
se somete a una nueva destilacin a alto vaco para recuperar ms
combustible. Mediante la destilacin al vaco se consigue que estos
hidrocarburos pesados destilen a ms baja temperatura evitando la
descomposicin trmica. Se obtienen 2 fracciones, una de destilado y
otra de residuos slidos.Maquinas y equipos termicosNDe la fraccin
destilada se obtienen lubricantes para motores de aviones y
automviles, parafina slida y vaselina. Tambin sirve como materia
prima para preparar ms gasolina y diesel. El residuo contiene
asfalto y coque, utilizable este ltimo como combustible en altos
hornos. Casi el total del petrleo que se procesa en las refineras
se destina a ser usado como combustible, es decir, se quema. Entre
los combustibles ms importantes para la sociedad actual se
encuentran la gasolina y el diesel.Maquinas y equipos termicos
NLa termodinmica estudia las relaciones del calor con otras
formas de energaEl estudio de la termodinmica se centra sobre un
sistema en estudio separado de su entorno o medio ambiente por
fronteras reales o imaginarias.sistema + medio ambiente =
universo
La termodinmica clsica estudia los sistemas en equilibrio cuyas
propiedades, funciones o variables termodinmicas no cambian con el
tiempo.Maquinas y equipos termicosNLas propiedades que definen un
estado termodinmico se denominan funciones de estado. Estas
funciones son tales que toman un valor determinado en los distintos
estados que puede tomar el sistema. Por ejemplo si la energa de un
sistema en un estado 1 es E1 y en el estado 2 es E2, entonces la
variacin de la propiedad, energa es:
Maquinas y equipos termicosE = E2 - E1
NEn estos tipos de funciones no interesa el camino ni el tiempo
para llegar desde el estado 1 al estado 2. Todo sistema macroscpico
est constituido por molculas. Las molculas almacenan energa en
forma de; energa de traslacin, de vibracin, de rotacin, de enlace,
electrnicas e interacciones moleculares.
Maquinas y equipos termicosNLa energa interna (E) de un sistema
no se puede conocer en trminos absolutos, sin embargo es posible
determinar la magnitud del cambio (E) entre dos estados.
Maquinas y equipos termicosNPRIMERA LEY DE LA TERMODINMICALa
primera ley se puede enunciar en los siguientes trminos:"Si se
transfiere calor, Q, desde el entorno o medio ambiente a un
sistema, la energa interna, E, aumenta en una cantidad E y al mismo
tiempo, parte del calor puede invertirse en realizar un trabajo, W,
sobre el medio"
Maquinas y equipos termicosE = Q - W
NLa primera ley se conoce tambin como "ley de la conservacin de
la energa"La energa del universo es constante
Maquinas y equipos termicosNCALOR ESTANDAR Y ENTALPA DE
FORMACINCon el objeto de comparar los cambios de entalpa de
diversas sustancias en idnticas condiciones, se establece un estado
de referencia conocido como estado estndar la que corresponde a un
compuesto o elemento en su estado fsico ms estable sometida a la
presin de 1 atmsfera y 25C (298.15 K). Los valores de entalpa (H)
medidos en estas condiciones, se conocen como "calor estndar de
reaccin".
Maquinas y equipos termicosNCalor o entalpa de formacin: Se
define como calor de formacin a la energa involucrada en la
formacin de un mol de compuesto a partir de sus elementos en su
estado estndar. Si este calor es medido en condiciones standard de
presin y temperatura (1 atm, 25C), se conoce como "calor estndar de
formacin".
Maquinas y equipos termicosNENTALPIA DE REACCIN:
Es el calor absorbido o desprendido durante una reaccin qumica,
a presin constante.
ENTALPA DE FORMACIN:
Es el calor necesario para formar una mol de una sustancia, a
presin constante y a partir de los elementos que la
constituyen.
Maquinas y equipos termicosNEl mol es una unidad de cantidad de
materia. Un mol representa la cantidad de masa contenida en
molculas de sustancia. El nmero es conocido como el nmero de
Avogadro. El mol es una unidad algo peculiar, porque "no pesa lo
mismo" en cada caso. Al estar basada en un conteo de tomos o
molculas, la cantidad de masa total depender de cunta masa tenga
cada molcula. As, un mol de hidrgeno molecular (H2) tiene 2 gramos
de masa, mientras que un mol de agua (H2O) contiene 18 gramos de
masa. Un mol "pesa" diferente dependiendo de la sustancia de que
estemos hablando. La utilidad de este concepto de mol radica en que
cuando consideramos reacciones qumicas, las relaciones de masa de
las sustancias Maquinas y equipos termicosN