Conceptos básicos deTermodinámica

Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior.Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda.

Área de TecnologíaDepartamento de Energética

Ing. Cornelio Martínez.

TermodinámicaTherme: calor Dynamis: movimiento (fuerzas)

Siglo XVIII:“Estudio de las fuerzas que originan el calor”

Estudio de las máquinas de vapor

HOY : “Ciencia que estudia las transformaciones energéticas: mecánica, eléctrica, química ,nuclear ,etc ”.Se ocupa de estados de equilibrio y no de estados dinámicos.

HidroeléctricaHidroeléctricaEólicaEólica

SolarSolarGeotérmicaGeotérmica

NuclearNuclear

PetróleoPetróleo CarbónCarbón

Gas NaturalGas Natural

Interrelaciones que existen entre las distintas formas de energía y el desorden del universo.

Ley cero de la termodinámica (1925, Fahrenheit (1736)): Establece el equilibrio térmico, permite garantizar la reproducibilidad de las mediciones de temperatura.

Otras definiciones:• Parte de la física que estudia la energía y la entropía.• Ciencia que estudia la relación entre el calor y el

trabajo y de aquellas propiedades de las sustancias que guardan relación con ellas.

Leyes de la termodinámica

Primera Ley de la termodinámica (1843,Joule): Establece la conservación de la energía en el universo.

Termómetro sin marcas.Igual nivel de mercurioDiferentes tiempos

Conclusión Igual temperatura

Tercera ley de la termodinámica (1923,Lewis y Randall). La entropía de las sustancias cristalinas perfectas se considera nula (cero) a la temperatura del cero absoluto.

Leyes de la termodinámica

Segunda ley de la termodinámica (1824, Clausius, Kelvin y Planck):Establece que la entropía total del universo siempre crece. Determina la espontaneidad de los procesos.

Descripción de la Unidad Curricular

La unidad curricular Termodinámica Básica consta de conocimientos básicos en lo referente a las transformaciones energéticas. En ella se describen procesos y sistemas en los cuales se llevan a cabo dichas transformaciones, nos permite estimar propiedades y predecir la ocurrencia o no de un proceso.

Objetivos del curso

OBJETIVO GENERAL DE LA UNIDAD CURRICULAR .

• Aplicar los conceptos y principios termodinámicos en la resolución de problemas típicos de Ingeniería, que nos permita alcanzar un nivel básico de habilidades de los profesionales de esta rama y así poder contribuir con el desarrollo tecnológico y social del país.

Objetivo Didáctico

Unidad Objetivo

I. Conceptos Básicos. - Utilizar el lenguaje adecuado que facilite la comprensión de los contenidos a desarrollar durante el curso, a través de definiciones y conceptos básicos propios de termodinámica.

Sistema termodinámico

• Sistema : Porción del universo definida por el observador para llevar a cabo un estudio.

Lugar o volumen

de control

SistemaObservador

Energía

Energía

Sistema termodinámico

•Alrededores : Es todo aquello que no forma parte del sistema. (lo que rodea al sistema)

Universo = Sistema + Alrededor.

• Fronteras: Son los límites que define un sistema y pueden ser físicos (reales) o imaginarios; móviles o fijas.

Sistema termodinámico

• Sistema termodinámico: Cantidad de materia de masa fija sobre la cual se enfoca la atención para su estudio.

• Sistema cerrado: Es aquel sistema en el cual no existe transferencia de materia a través de la frontera. Se pueden intercambiar diferentes formas de energía.

Volumen de control.

• Volumen de control : es un sistema definido cuando esta involucrado un flujo de masa durante su estudio.

• Sistema abierto: Es aquel que intercambia materia a través de las fronteras.

• Sistema aislado: Es aquel que no percibe influencias del alrededor. Ni el calor ni el trabajo cruzan las fronteras del sistema.

Propiedad termodinámica• Propiedad termodinámica: es una variable que cuantifica la

situación de un sistema. Esta depende del estado del sistema y es independiente de la trayectoria (esto es, de sus antecedentes) por la cual haya llegado a dicho estado.

Podemos clasificarlas en: intensivas y Extensivas.• Propiedades intensivas: Aquellas que NO dependen de la masa del

sistema. (Ejemplo : presión (P), Temperatura (T), densidad (ρ).

• Propiedades extensivas: Aquellas que dependen de la masa del sistema. . (Ejemplo : peso (F = m x g), Volumen (V)

Propiedad intensiva = (propiedad extensiva / masa )Volumen especifico= Volumen / masa

Estado.

• Estado: es la condición del sistema definida por sus propiedades independientes.

Procesos.

• proceso: es la transformación de un estado a otro, siendo el camino del proceso la serie de estados a través de los cuales pasa.

Proceso característica

Isotérmico Temperatura constante

Isobárico Presión constante

isocórico Volumen constante

Isentrópico Entropía constante

Adiabático Q = 0 , no existe transferencia de calor.

Ciclo.• Ciclo: es un proceso que comienza y termina

en un mismo estado. Las propiedades varían durante el transcurso del ciclo. Pero al volver al estado inicial todas las propiedades vuelven a tomar sus valores originales.

• Equilibrio: es cuando en un sistema no ocurren cambios en sus propiedades sin un estímulo externo.

Fase.• Fase: cantidad homogénea y uniforme de

materia.

• Sustancia de trabajo: es la materia a considerar dentro del sistema en estudio. Las propiedades termodinámicas dependen de su naturaleza y de las condiciones de operación.

Sistema de unidades y factores de conversión.

Cuantificar y estandarizar mediciones

Sistemas de unidades.1. Sistema internacional2.Sistema ingles.3.Sistemas de ingeniería.

Medidas.• Dimensión: cantidad física factible de ser

medida.

• Unidad: cantidad que se toma como una medida de una dimensión.

• Magnitud: número obtenido como resultado de una dimensión.

Sistema Internacional(unidades básicas).

Dimensión Unidad Símbolo

masa kilogramo Kg

longitud metro m

tiempo segundo s

temperatura Kelvin K

Intensidad luminosa

candela Cd

Intensidad de corriente

amperio A

Cantidad de materia

mol mol

ángulo plano radian rad

ángulo sólido esteradian sr

Sistema Internacional(unidades derivadas).

Dimensión Unidad Símbolo Equivalencia

Fuerza Newton N Kg m/ s2

Energía Joule J Kg m2/s2

Potencia Vatio(watt) W Kg m2 /s3

Presión pascal Pa Kg/ms2

PrefijosPrefijo Símbolo Factor

Tera T 1012

Giga G 109

mega M 106

kilo K 103

deci d 10-1

centi c 10-2

mili m 10-3

micro µ 10-6

Múltiplos de unidades del SI

Unidad Símbolo equivalencia

bar bar 105 Pa

tonelada t 103 Kg

litro L 10-3 m3

hectárea ha 104 m2

Sistema Ingles(unidades básicas).

Dimensión Unidad Símbolo

masa libra lb

longitud pie ft

tiempo segundo sec

temperatura fahrenheit oF

Múltiplos de unidades del Sistema inglesUnidad Símbolo equivalencia

1 pie ft 12 in

1 yarda yd 3 ft

1 pie cubico ft3 1728 in3

1 British thermal unit

BTU 252 cal

1 horse power hp 254,86 Btu/hr

Sistemas de ingenieríaDimensión Sistema ingles de ingeniería

Unidad Símbolo

masa Libra masa lbm

longitud pie ft

tiempo segundo sec

temperatura farenheit oF

Fuerza Libra -fuerza lbf

Dimensión Sistema internacional de ingeniería

Unidad Símbolo

masa Kilogramo- masa kgm

longitud metro m

tiempo segundo s

temperatura Celsius oC

Fuerza kilogramo -fuerza Kgf

Sistemas de ingeniería.• Kilogramo-fuerza: Fuerza ejercida por el

campo gravitacional de la tierra sobre la masa de un kilogramo.

F = m. a1 Kgf = 1 Kg . 9,8 m/s2

¿¿¿¿ 1 = 9,8 m/s2 ???? inconsistentes

Constante gravitacional. F = (m. a)/gC

gC = 9,80665 (Kgm . m)/ kgf . S2

gC = 32,17405 (lbm . ft)/ lbf . sec2