procesos y maquinas termicas

Procesos y Máquinas Térmicas

Por Christian Reinoso

ETAPAS PROCESO DE FORMACIÓN PROFESIONAL

99% TRANSPIRACIÓN1% INSPIRACIÓN

A. Einstein

EXITO

Ciclo de Cs Básicas

Ciclo de Cs de la Ingeniería

Ciclo Profesional

de Especializació

n

MatemáticaFísicaQuímica...

MecánicaTermodinámicaMecánica de Fluidos...

Plantas IndustrialesMáquinas HerramientasMotores de Combustión Interna....

ETAPAS PROCESO DE FORMACIÓN PROFESIONAL

PUNTOS A TRATAR

Revisión Lista Inscritos/Presentación Repaso Clase U I.-Sistemas de unidades.(SI., USCS)U II.-Conceptos básicos de la Termodinámica

Termodinámica clásica y EstadísticaClásica Estadística

Análisis macroscópico

..Microscópico

en base a efectos globales

..de cada átomoEjemplo:En un recipiente basta conocer:

Masa mVolumen

VPresión

ppara determinar el ESTADO INTERIOR.

No requiere un conocimiento del comportamiento indiv. de las paticulas

Enfoque más elaborado en base al comportamiento promedio de grandes grupos de partículas individuales

• Propiedades Extensivas: propiedades que dependen del tamaño o extensión del sistema • Propiedades Intensivas: Independientes del tamaño, masa o magnitud del sistemaLas propiedades intensivas se representan con letras minúsculas, (excepción de la temperatura y presión)

Las propiedades extensivas se convierten en intensivas si se expresan por unidad de masa (propiedad específica), de moles (propiedad molar) o de volumen (densidad de propiedad).

EXTENSIVAS INTENSIVAS

V, U, H,

ESPECÍFICAS(m) MOLARESv, u, h, s v, u, h

(Mol)

T, P,

Propiedades De Un Sistema

Unidad 1: Conceptos básicos

Sistemas Cerrados Y Abiertos

Clasificacion:• Sist. Abierto• Sist. Cerrado

m fija ó V fijo en el espacio

Frontera: Superficie real o imaginaria que separa el sistema de sus alrededores. Sin e, m o VEsta puede ser: Fija o móvil

Aislación perfecta

Sistema Adiabático

Q = 0

límite

Flujo A

Flujo B

Tipos de límites de los sistemas

· Adiabáticos, cuando no pueden ser atravesados por el calor.· Diatérmicos, si permiten la transferencia del calor.· Rígidos, si no permiten el cambio de volumen.

Estado y Equilibrio

Estado es un punto donde el sistema no tiene ningún cambio

De esta forma se pueden calcular sus propiedades.Un conjunto de propiedades describen el estado

Obs: En un estado todas las propiedades tienen valores fijos. Si

el valor de una propiedad cambia existe otro estado

El postulado de estado

El estado de un sistema se describe por sus propiedades pero no es necesario especificar todas las propiedades para

fijar un estado

Al especificar un n° suficiente de prop.

Resto de propiedades

asume automáticamente

ciertos valoresPostulado de estado:

“El estado de un sistema compresible simple se especifica completamente por dos prop. INTENSIVAS

independientes”

Estado de Equilibrio: un sistema está en equilibrio cuando no tiene tendencia por sí mismo para cambiar su estado, y por tanto sus propiedades.

Equilibrio Termodinámico: Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando satisface las condiciones de todos los equilibrios parciales. (Ej: eq. Térmico, mecánico, químico, etc)

Temperatura y Ley Cero de la Termodinámica

Por tanto, los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos diferentes:

la Temperatura es una propiedad de un cuerpo y el Calor es un flujo de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas.

Temperatura, propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico y determina la capacidad de un sistema para

intercambiar calor. Su unidad es el Kelvin (K)


Definición de Calor:

El concepto de calor está muy ligado al concepto de temperatura, sin embargo no es lo mismo. El calor también es una cantidad que tiene que ver con la masa del sistema como también con sus propiedades físicas.

Dos sustancias diferentes no contienen la misma energía calorífica aunque sus T° sean iguales.

1.1.9.- Temperatura y Ley Cero de la Termodinámica


Ley cero de la Termodinámica

Dos cuerpos están en equilibrio térmico si indican la misma Temperatura, incluso si no se encuentran en contacto

t [ ºC ] = t [ K ]

t [ ºF ] = t [ R]

1K 1°C 1.8R 1.8°F


Las escalas de temperatura se basan en los puntos de congelamiento y ebullición del agua.

SI: Escala Celcius (°C)

Sistema Inglés: Escala Fahrenheit (°F)

Existe también la escala de T° termodinámica. Esta escala en :

(indep. De prop de 1 o varias sustancias)

SI: Escala Kelvin (K)

Sistema Inglés: Escala Rankine (R)

Relación Kelvin- Celsius:

Relación Rankine- Fahrenheit:


Comparación de escalas de temperatura

ºK ºC ºR ºF

0,00 -273,15 0,00 -459,67

273,16273,15

32,0232,00

491,69491,670,00

0,01

373,15 100,00 671,67 212,00

Ceroabsoluto

Punto deebullicióndel agua

.Punto tripledel agua,punto decongelación

.

Punto de ebullición a presión atmosférica

Punto de congelamiento

Cero absoluto

ºFºC ºRºK

212672373

0

100

32273 492

0 -273 0 -460Wark


Presión

La presión es la fuerza que ejerce un fluido por unidad de áreaPresión GASES y LIQUIDOS (P. Hidrostática)

Sólidos (Esfuerzo)

Recordar...• Presión en un fluido aumenta con la profundidad (mayor peso)• Si existe gravedad la presión varía en sentido vertical

•Unidades: 1Pa=1N/m2 1bar=105Pa= 0.1MPa=100kPa (SI) 1atm=101325Pa=101.325kPa=1.01325bar (Sist. Inglés) lb/pulg2 =psi 1atm=14.696 psi

En relaciones y tablas termodinámicas la mayoría de las veces se emplea la presión absoluta

En gral P=Pabs

Si se le egrega ‘a’ absoluta Psia ‘g’ manométrica Psig

Definir la densidad relativa....

MANOMETRO

Para pequeñas diferencias de presión se emplea un manómetro que consiste en un tubo en forma de U con un extremo conectado al recipiente que contiene el fluido y el otro extremo abierto a la atmósfera. El tubo contiene un líquido, como agua, aceite o mercurio, y la diferencia entre los niveles del líquido en ambas ramas indica la diferencia entre la presión del recipiente y la presión atmosférica local.

•Presión absoluta: Presión real de un sistema•Presión manométrica: Presión medida abierta a la atmósfera•Presión de vacío: Presiones bajo la Presión atmosférica

Pabs=Pmanométrica+ Patm Pvacío =Patm - Pabs

Ejemplo:

1) Se usa un manómetro para medir la presión en un tanque el fluido utilizado tiene una densidad relativa de 0.85 y la altura de

la columna del manómetro es de 55cm. Si la presión atmosférica local es de 96kPa, determine la presión

absoluta dentro del tanque

Ejemplo: 2) Un gas es contenido en 2 cilindros A y B

conectados por un pistón de 2 diámetros diferentes como muestra la figura. La masa del pistón es de 10kg y la presión del gas dentro del cilindro A es

200kPa. Calcular la presión en el cilindro B.

DB=25mm

DA=100mm

AirePo=100kPa

Pistón

Barómetro de mercurioUn barómetro de mercurio es un sistema preciso y relativamente sencillo para medir los cambios de la presión atmosférica.

Al nivel del mar, y en condiciones atmosféricas normales, el peso de la atmósfera hace subir al mercurio 760 mm por un tubo de vidrio calibrado.

A mayor altitud, el mercurio sube menos porque la columna de aire situada sobre el barómetro es menor.

Presión

Variación de la altura con la Presión

A nivel del mar, la presión tiene un valor promedio de aproximadamente 1.012 mb, por lo que se consideran presiones altas y bajas las respectivamente superiores e inferiores a este valor.

Unidad 1: Introducción a la Termodinámica

1.1.8.- Presión

Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar

un proceso termodinámico.

Procesos y Ciclos

¿ Cómo definir un PROCESO, si la TERMODINÁMICA sólo conoce estados en

EQUILIBRIO (no hay cambios)?

Se recurre a una simplificación en que se define los procesos en CUASIEQUILIBRIO con desviaciones

infinitesimales sucesivas del equilibrio termodinámico.

El cuasiequlibrio es un caso idealizado

y NO la representación de un caso real

Buena aproximación (error min)Más fáciles de analizarConstituyen ‘modelos’ para comparar procesos reales

Diagramas de procesos más comunes: P-V, T-V

• Procesos Cíclico: Un sistema se somete a un CICLO si al terminar el proceso regresa a su estado inicial (eini=efin)

• Procesos Cuasiestáticos: Sucesivos estados de equilibrio

• Proceso Reversible: S/efectos disipativos (S/roce, S/TdeC, S/degrad. Energía)

• Proceso Irreversible: Proceso Real

Trayectoria : es la serie de estados por la cual pasa un sistema durante un proceso

Descripción Completa de un proceso especificar:

• Estado inicial• Estado Final• Trayectoria

• Interacción con su alrededor

Prefijo ISO: denota cuando una propiedad permanece fija o cte durante un proceso

Politrópicaspolitrópicas constituyen una gran familia de evoluciones que permiten estudiar gran cantidad de fenómenos realesLas

• isóbaras (presión constante). Del tipo P= Cte.

•isócoras (volumen constante). Del tipo V = Cte.

•isotermas (temperatura constante). Del tipo P·V = Cte.

•adiabáticas sin roce (DQ = 0, que después llamaremos isentrópicas) Del tipo p·Vg = Cte.

Las politrópicas tienen la forma genérica del tipo: PVn = Cte.

En que n es el coeficiente politrópico. El valor de n puede variar de 0 a infinito.

Metodología

Problema Complejo

Problema Idealizado

Solución Idealizada

Solución Realista

Acotar Intuir

RelacionesTermodinámicas

ConceptosNomenclaturaAplicar ecuaciones

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