TERMODINAMICA DE PROCESOS I IQ-343

CAPITULO I

INTRODUCCION Y CONCEPTOS BASICOS

HERNAN P. QUISPE MISAICO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

TermodinamicaFroten sus manos por cerca de 15 segundos.

Que sienten ahora en sus manos?

Energìa Tèrmica

Objetivos: Después de terminar esta unida, deberá:

• Establecer y aplicar la primera y segunda leyes de la termodinámica.

• Demostrar su comprensión de los procesos adiabático, isocórico, isotérmico e isobárico.

• Escribir y aplicar una relación para determinar la eficiencia ideal de una máquina térmica.

• Escribir y aplicar una relación para determinar el coeficiente de rendimiento para un refrigerador.

TERMODINÁMICALa termodinámica es el estudio de las relaciones de energía que involucran calor, trabajo mecánico y otros aspectos de energía y transferencia de calor. Calefacción central

LA TERMODINÁMICA TRATA ACERCA DE LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA TÉRMICA EN ENERGÍA MECÁNICA Y EL PROCESO INVERSO, LA CONVERSIÓN DE TRABAJO EN CALOR.

INTRODUCCION

PUESTO QUE CASI TODA LA ENERGÍA DISPONIBLE EN UN CUERPO SE LIBERA EN FORMA DE CALOR, NOS PERMITE COMPRENDER LA IMPORTANCIA DE LA TERMODINÁMICA EN LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA

Termodinámica La termodinámica es aquella rama

de la química que estudia las transformaciones de la energía entre sus diferentes formas.

. La termodinámica nos permite predecir las posibilidad de que una determinada reacción química tenga lugar. .

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Típico sistema termodinámico, que muestra el aporte de una fuente de calor (calderas) a la izquierda y salida a un disipador de calor (condensador) de la derecha. El trabajo es extraído, en este caso por una serie de pistones.

La termodinámica se puede definir como: una ciencia axiomática que trata de las relaciones entre el calor, el trabajo y las propiedades de un sistema las cuales están en equilibrio. Describe el estado y los cambios de estado de sistemas físicos.

También se define como: La ciencia de las regularidades que gobiernan procesos de conversión de energía.

TermodinamicaLas ramas o áreas de estudio de la termodinámica son:

Las propiedades macroscópicas del sistema material Las interacciones mecánicas, térmicas y químicas entre un

sistema y otro sistema o sus alrededores. Los diferentes cambios de procesos en las propiedades de los

sistemas.Los Ingenieros usan la termodinamica en sistemas de producciòn de plantas de poder nuclear para su uso en componentes eléctricos.

SISTEMA

ALREDEDORES

FRONTERA

ASPECTOS ENERGETICOS DE LAS REACCIONES QUIMICAS

La factibilidad y la magnitud de desarrollo (extensión) de una reacción están relacionadas con los cambios de energía inherentes al proceso.

El estudio de la energía y sus transformaciones se conoce como termodinámica.

La relación entre las reacciones químicas y sus cambios de energías se llama termoquímica.

TAMBIEN PODEMOS DEFINIR A LA TERMODINÁMICA COMO:LA RAMA DE LA FÍSICA QUE ESTUDIA Y ANALIZA LOS CAMBIOS EN LA TEMPERATURA Y EN LA TRANSFERENCIA DE CALOR.

LA ENERGÍA TÉRMICA REPRESENTA LA ENERGÍA TOTAL DE UN OBJETO, ES DECIR, LA SUMA DE SUS ENERGÍAS MOLECULARES CINÉTICA Y POTENCIAL

E. CINETICA

E. POTENCIAL

E. QUIMICA

E. NUCLEAR

E = mc2

ENER

GIA

INTE

RNA

Energìa Termica versus Temperatura

Energìa Termica es la energìa cinetica en transito de un objeto a otro debido a la diferencia de temperatura. (Joules)Temperatura es la energìa cinètica promedio de las partìculas en un objeto – no es la cantidad total de la energía cinética de las partículas. (grados)

Temperatura #1 Temperatura #2

Calor

La base de la Termodinámica es la conservación de la energía y el hecho de que el calor fluye en forma espontánea de lo caliente a lo frío y no a la inversa.

Magnitudes y UnidadesMagnitud: Propiedad o Cualidad que es susceptible de ser

medida y por lo tanto puede expresarse cuantitativamente.

Unidades o Sistema de Unidades: Conjunto de referencias (Unidades) elegidas arbitrariamente para medir todas las magnitudes.

DefiniciónNombre adoptado por la XI Conferencia General de Pesas y Medidas para un sistema universal, unificado y coherente de

Unidades de medida, basado en el sistema mks (metro-kilogramo-segundo).

Sistema Internacional de Unidades S.I. Permite unificar criterios respecto

a la unidad de medida que se usará para cada magnitud.

Es un conjunto sistemático y organizado de unidades adoptado por convención

El Sistéme International d´Unités (SI) esta compuesto por tres tipos de magnitudes

1. Magnitudes fundamentales

2. Magnitudes derivadas

3. Magnitudes complementarias

Consagración del S. I:En 1960 la 11ª Conferencia General de Pesas y Medidas estableció definitivamente el S.I., basado en 6 unidades fundamentales: metro, kilogramo, segundo, ampere, Kelvin y candela.

En 1971 se agregó la séptima unidad fundamental: el mol.

El comité internacional de pesas y medidas ha establecido siete cantidades básicas, y asignó unidades básicas oficiales a cada cantidad

AAmpereCorriente eléctrica

molmolCantidad de sustanciacdCandelaIntensidad luminosaKKelvinTemperatura

ssegundoTiempokgkilogramoMasammetroLongitud

Símbolo de la unidad

Unidad básica

cantidad

Magnitudes fundamentales (Son sólo siete)

Coherencia del S.I. Define las unidades en términos

referidos a algún fenómeno natural constante e invariable de reproducción viable.

Logra una considerable simplicidad en el sistema al limitar la cantidad de unidades base.

METRO En 1889 se definió el

metro patrón como la distancia entre dos finas rayas de una barra de  aleación platino-iridio.

El interés por establecer una definición más precisa e invariable llevó en 1960 a definir el metro como “1 650 763,73 veces la longitud de onda de la radiación rojo-naranja del átomo de kriptón 86 (86Kr)”.

Desde 1983 se define como “ la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792 458 segundos”.

KILOGRAMO En la primera definición de

kilogramo fue considerado como “ la masa de un litro de agua destilada a la temperatura de 4ºC”. 

En 1889 se definió el kilogramo patrón como “la masa de un cilindro de una aleación de platino e iridio”. 

En la actualidad se intenta definir de forma más rigurosa, expresándola en función de las masas de los átomos.

Magnitudes Derivadas Es posible medir muchas

magnitudes además de las siete fundamentales, tales como: presión, volumen, velocidad, fuerza, etc.

El producto o cuociente de dos o más magnitudes fundamentales da como resultado una magnitud derivada que se mide en unidades derivadas.

Unidades derivadas

Unidades derivadas sin nombre especial

MAGNITUD NOMBRE SIMBOL

Osuperficie metro cuadrado m2

volumen metro cúbico m3

velocidad metro por segundo m/s

aceleración

metro por segundo cuadrado m/s2

Unidades derivadas con nombre especial

MAGNITUD NOMBRE SIMBOL

Ofrecuencia hertz Hz

fuerza newton Npotencia watt W

resistencia eléctrica ohm ΩUnidades derivadas sin nombre especial

MAGNITUD NOMBRE SIMBOLO

ángulo plano radian rad

ángulo sólido esteroradian sr

Magnitudes Complementarias

magnitud Unidad de medida

Símbolo de la unidad

Ángulo plano Radián rad

Ángulo sólido Esterorradián sr

Son de naturaleza geométrica Se usan para medir ángulos

Las unidades del S.I. no se han incorporado en forma total en muchas aplicaciones industriales sobre todo en el caso de aplicaciones mecánicas y térmicas, debido a que las conversiones a gran escala son costosas. Por este motivo la conversión total al S.I. tardará aún mucho tiempo. Mientras tanto se seguirán usando viejas unidades para la medición de cantidades físicas

Algunas de ellas son: pie (ft), slug (slug), libra (lb), pulgada (in), yarda (yd), milla (mi), etc.

Unidades aceptadas que no pertenecen al S.I.

MAGNITUD NOMBRE SIMBOLO

masa tonelada t

tiempo minuto min

tiempo hora h

temperatura grado celsius °C

volumen litro L ó l

Unidades en uso temporal con el S. I.

MAGNITUD NOMBRE SIMBOL

Oenergía kilowatthora kWh

superficie hectárea ha

presión bar barradioactivi

dad curie Ci

dosis adsorbida rad rd

Unidades desaprobadas por el S. I.

MAGNITUD NOMBRE SIMBOL

Olongitud fermi fermi

presión atmósfera atm

energía caloría cal

fuerza Kilogramo-fuerza kgf

Múltiplos y submúltiplos Otra ventaja del sistema métrico S.I. sobre otros

sistemas de unidades es que usa prefijos para indicar los múltiplos de la unidad básica.

prefijos de los múltiplos: se les asignan letras que provienen del griego.

prefijos de los submúltiplos: se les asignan letras que provienen del latín.

Múltiplos (letras Griegas)Prefijo Símbolo Factor de multiplicación

Deca Da 10 101

Hecto h 100 102

Kilo k 1 000 103

Mega M 1 000 000 106

Giga G 1 000 000 000 109

Tera T 1 000 000 000 000 1012

Peta P 1 000 000 000 000 000 1015

Exa E 1 000 000 000 000 000 000 1018

Submúltiplos (Latin)Prefijo Símbolo Factor de multiplicación

Deci d 1 / 10 10 -1

Centi c 1 / 100 10 -2

Mili m 1 / 1 000 10 -3

Micro µ 1 / 1 000 000 10 -6

Nano n 1 / 1 000 000 000 10 -9

Pico p 1 / 1 000 000 000 000 10 -12

Femto f 1 / 1 000 000 000 000 00 10 -15

atto a 1 / 1 000 000 000 000 000 000 10 -18

4. Normas del Sistema Internacional

Todo lenguaje contiene reglas para su escritura que evitan confusiones y facilitan la comunicación.

El Sistema Internacional de Unidades tiene sus propias reglas de escritura que permiten una comunicación unívoca.

Cambiar las reglas puede causar ambigüedades.

SímbolosNorma Correct

oIncorrect

oSe escriben con caracteres romanos rectos.

kgHz

kgHz

Se usan letras minúscula a excepción de los derivados de nombres propios.

sPa

Spa

No van seguidos de punto ni toman s para el plural.

Km

K.ms

No se debe dejar espacio entre el prefijo y la unidad.

GHzkW

G Hzk W

El producto de dos símbolos se indica por medio de un punto.

N.m Nm

UnidadesNorma Correct

oIncorrec

toSi el valor se expresa en letras, la unidad también.

cien metros cien m

Las unidades derivadas de nombres propios se escriben igual que el nombre propio pero en minúsculas.

newtonhertz

NewtonHertz

Los nombres de las unidades toman una s en el plural, salvo si terminan en s, x ó z.

Segundos

hertz

Segundohertz

NúmerosDescripción Correcto Incorrec

toLos números

preferiblemente en grupos de tres a derecha

e izquierda del signo decimal.

345 899,234

6,458 706

345.899,234

6,458706

El signo decimal debe ser una coma sobre la

línea. 123,350,876

123.35,876

Se utilizan dos o cuatro caracteres para el año, dos para el mes y dos para el día, en ese orden.

2000-08-30

08-30-2000

30-08-2000

Se utiliza el sistema de 24 horas. 20 h 00 8 PM

Otras normasCorrecto Incorrecto

s Seg. o segg GR grs grm

cm3 cc cmc c m3

10 m x 20 m x 50 m 10 x 20 x 50 m

... de 10 g a 500 g ... de 10 a 500 g

1,23 nA 0,001 23 mA