ASIGNATURA: TERMODINMICACARRERA: Ingeniera Agro-industrial

Objetivos generales.

Establecer la existencia de la ecuacin fundamental de un sistema, la cual contiene una descripcin termodinmica completa del mismo.

Establecer la metodologa de anlisis termodinmico.

Aplicar la termodinmica qumica y los fenmenos fisicoqumicos, proyectndolos hacia su aplicacin industrial.

Unidad I: Indroduccin a la Termodinmica.Objetivos especficos.

Definir Termodinmica y su aplicacin en la Agroindustria de Nicaragua.

Explicar la diferencia entre la termodinmica desde el punto de vista macroscpico y microscpico.

Definir sistema abierto, sistema cerrado y sistema aislado.

Analizar diferencias entre propiedades intensivas, extensivas, especficas y molares.

Afianzar los conocimientos sobre los Sistemas de Unidades Internacional e Ingls.Contenidos temticos.

Definicin de Termodinmica.

La termodinmica es una ciencia experimental, la cual se desarroll a partir de trabajos realizados por cientficos e ingenieros tales como: Boyle, Rumford, Joule, Kelvin, Carnot, Fahrenheit, Clausius, Rankine, Brayton, Thompson, Watt por mencionar algunos. Es hasta el siglo diecinueve que adquiere carcter de ciencia.Actualmente, podemos definir la termodinmica de una manera sencilla como: la rama de la Fsica que estudia las relaciones entre el calor y las dems formas de energa.

Importancia de la termodinmica en la Agroindustria.

Todos los procesos para producir industrialmente los productos agrcolas involucran un complejo de equipos que funcionan a base de intercambios de energa en forma de calor, tales como: marmitas, autoclaves, calderas, hornos, calentadores, enfriadores, etc; tambin, equipos que transfieren energa en forma de trabajo como turbinas, bombas y compresores.

Cada uno de estos equipos puede ser analizado, en cuanto al intercambio energtico, con los mtodos y principios de la Termodinmica. La comprensin acerca de las formas en que se transfiere energa y poder cuantificar esas transferencias energticas son asuntos que competen a la termodinmica; es all donde esta ciencia cobra su mayor importancia, pues en toda industria es preciso poder cuantificar la energa requerida para un proceso cualquiera y con ello estimar el tamao de los equipos a utilizar; esto tambin proporciona una base para el clculo de los costos que conlleva el producir artculos de esta naturaleza.Puntos de vista macroscpico y microscpico de la Termodinmica.En ingeniera se trata, en general, con sistemas que pueden ser descritos y analizados en cuanto a las transformaciones y transferencias de energa por medio de unas cuantas propiedades macroscpicas tales como la presin, la temperatura, la densidad, etc Estas cantidades son el resultado promedio global del movimiento de las molculas constituyentes de la materia, la cual bajo este enfoque se considera como continua. Este punto de vista es el que corresponde a la termodinmica clsica o ingeniera termodinmica. Por otra parte, cuando el estudio de un sistema requiere analizar el comportamiento individual de las partculas constituyentes de la materia es necesario entonces recurrir a los mtodos de la termodinmica estadstica, la cual se basa en la teora cintica molecular.En este curso, la manera en que describiremos el comportamiento de un sistema es con el punto de vista macroscpico de la termodinmica clsica. Por ejemplo; al considerar la presin que un gas ejerce en su recipiente, no nos concierne atender a la accin individual de las molculas, sino la fuerza ejercida en un rea dada, en un tiempo promedio, la cual puede medirse con un manmetro. En vista de este enfoque trataremos la sustancia como continua, pero debemos tener presente s, que el concepto del continuo pierde validez cuando el camino libre de las molculas en su recorrido es comparable a las dimensiones del recipiente tal como sucede, por ejemplo, en la tecnologa del alto vaco.Sistemas termodinmicos.El trmino sistema se refiere a una cantidad de materia definida, limitada por alguna superficie cerrada. La superficie puede ser real (como la de un tanque que contenga oxgeno comprimido), o puede ser imaginaria como el lmite de cierta masa de lquido que circula a lo largo de una tubera, cuyo proceso se sigue mentalmente.

Hay tres tipos de sistemas termodinmicos:Sistema aislado.

Se llama as a un sistema que no intercambia ni sustancia ni energa con el resto del universo. Es decir, un sistema aislado no recibe influencia alguna del exterior (ni energa ni masa cruzan los lmites del sistema).

Sistema cerrado.

Es aquel que puede intercambiar energa en forma de calor o trabajo con el medio, pero no fluye masa a travs de sus lmites.

Sistema abierto o volumen de control.

Es aquel sistema capaz de intercambiar tanto energa como sustancia con el medio que lo rodea.

Propiedades termodinmicas.

Una propiedad es una magnitud mesurable que sirve para describir un sistema. As por ejemplo, son propiedades la presin, la temperatura, el volumen especfico, etc

Las propiedades definen el estado de un sistema y tienen un solo valor definido para un estado dado, por eso una propiedad puede definirse como una cantidad que depende del estado del sistema y es independiente de la trayectoria por la cual el sistema lleg a ese estado.

Las propiedades de una sustancia pueden dividirse en cuatro clases generales:

Intensivas. Son las propiedades que no dependen de la masa, tales como: la presin, la temperatura, la densidad.

Extensivas. Varan directamente con la masa: el volumen, la masa, la energa cintica, la cantidad de movimiento, etc

Especficas. Si una propiedad extensiva se divide por la masa, se obtiene una propiedad que no depende de la cantidad de masa, y se denomina especfica. Como ejemplo, el volumen especfico, el cual se define como el volumen por unidad de masa.

Molares. Si un propiedad extensiva se divide por el nmero de moles de sustancia, se obtiene una propiedad especfica molar; por ejemplo, el volumen especfico molar.Sistemas de unidades.

La tendencia en el mundo es que todos los pases utilicen un solo sistema de unidades llamado Sistema Internacional (SI), sin embargo an se utilizan unidades del sistema ingls (SU), y es por ello que haremos, en nuestro estudio de la termodinmica, uso tambin de este sistema.El Sistema Internacional (SI).

En este sistema hay siete unidades fundamentales: el metro ( longitud), el kilogramo (masa), el segundo (tiempo), el kelvin (temperatura), el mol (cantidad de sustancia), el ampere (intensidad de corriente elctrica) y la candela (intensidad luminosa). En termodinmica usaremos con frecuencia las primeras cinco. Todas las dems unidades se derivan de stas siete. Por ejemplo, la unidad de fuerza, el newton, se deriva por medio de la segunda ley de Newton F = m.a

1N = (1Kg)(1m/s2)

As, un Newton se define como la fuerza que aplicada sobre una masa de 1 Kg, le imprime a sta una aceleracin de 1 m/s2.

Se dice que las unidades del SI forman un sistema absoluto de unidades, pues al escoger la masa como unidad fundamental las mediciones son independientes de la localizacin donde se realicen. Pueden usarse en cualquier parte sobre la Tierra o en cualquier otro planeta. Siempre tienen el mismo significado.

El Sistema Ingls (SU de Standar Units).En este sistema, la fuerza, cuya unidad es la libra (lb), es una de las unidades fundamentales y la unidad de masa, el slug (del ingls sluggish, lento), se deriva por medio de la segunda ley de Newton: 1 lb = (1 slug)(1 pie/s2)

De donde: 1 slug = 1 lb.s2/pieAs, un slug, es la masa que adquiere una aceleracin de 1 pie/s2 bajo la accin de un fuerza de 1 lb.

En Estados Unidos y otros pases que an usan unidades inglesas, es ms comn usar como unidad de masa la libra estndar (o libra-masa, abreviado lbm), la cual se define como 0.45359243 Kg y es la masa de un estndar de platino que se guarda en el National Bureau of Standars en Washington. La libra (fuerza) se define entonces como el peso de ese estndar de platino. Como el peso de un cuerpo depende de la atraccin gravitacional de la Tierra, se especifica que la libra estndar debe ser colocada a nivel del mar y a una latitud de 45 para definir correctamente una fuerza de una libra.