UNIDAD 1CONCEPTOS BSICOS DE LA TERMODINMICA.

1.1EQUIPOS TERMODINMICOS EN LA INDUSTRIA PETROLERA.Para muchos aparatos se desea conocer su eficiencia adiabtica. En una turbina de vapor se busca la produccin de un cierto trabajo a partir de un estado a temperatura y presin elevadas y una presin dada a la salida. Cualquier transferencia de energa desde la turbina en forma de calor representa una prdida y reduce la entrega de trabajo. Un compresor toma un fluido desde un estado a la entrada y requiere cierto trabajo para que dicho fluido salga a la presin deseada. El calor perdido por un compresor dado demanda una entrada de trabajo mayor. (Algunos compresores operan casi isotrmicamente, por lo que existe una transferencia de calor. Estos compresores requieren un estudio particular.) Las ineficiencias de estos componentes se deben a procesos irreversibles.La eficiencia de los aparatos se emplea para comparar el proceso real con el proceso adiabtico reversible. Se desea la reduccin de las irreversibilidades en un componente del proceso con el fin de aumentar la eficiencia de dicho proceso. Por consiguiente, la eficiencia de un aparato es la relacin entre el resultado real y el isentrpico, teniendo como valor lmite la unidad. Un aparato isentrpico es el estndar para comparar la operacin adiabtica real.

MOTORES DE CICLO OTTO

La idea bsica delos motores de explosin es: aprovechar la energa generada por el combustible, al quemarse dentro deun cilindro. Laenerga que se liberade esta forma se transmite a un pistn mvil:asse produce trabajo mecnico que, por ejemplo, puede usarse para mover un vehculo. En los motores de ciclo Otto, la combustin se inicia medianteel salto de unachispa elctrica proveniente de una buja. Los combustibles de estos motores deben tener capacidad antidetonante, o sea, que no se enciendan antes de recibir la chispa -fenmeno conocido como autoencendido-.Los combustibles ms usados son las naftasy gases (GNC).El ciclo completo del motor consta de cuatro tiempos.CICLO DISEL

En 1893, el alemn Rudolf Disel desarrollun concepto audaz para los motores de explosin. Al reflexionar sobre elproblema de autoencendido, se leocurri no tratar deevitarlo sino, por el contrario, provocarlo ex profeso. Losmotores Disel actuales han evolucionado de una combinacin delas ideas de Disel y de su contemporneo Herbert Stuart. A diferencia de los motores de ciclo Otto, en los motores Disel el cilindro no aspira una mezcla de aire y combustible, sino slo aire. El pistn comprime este airea una presin alta, elevando mucho su temperatura. En ese instante se inyecta el combustible, que, al encontrarse con el aire caliente, se enciende y va quemndose a medida que entra en el cilindro. Los combustibles que se utilizan deben tener una velocidad de auto ignicin adecuada al rgimende operacin de cada motor. De acuerdo a sutipo, se los clasifica en veloces, medios y lentos, que corresponden al gas ol,Disel ol, bunker y fuel ol, en ese orden.

TURBINAOtro tipo de motor ampliamente utilizado, sobre todo en aeronaves, es la turbina. En ella, a diferencia de los casos anteriores, no hay pistones ni bielas queconviertan el movimiento longitudinal en circular. La eficiencia de una turbina es la comparacin entre la entrega de trabajo real y el trabajo producido por un proceso isentrpico. La entrada a la turbina corresponde a un estado especfico y la salida debe ser a una presin dada. La presin en el escape es la condicin a la salida ya que con frecuencia, para una aplicacin dada, queda determinada por factores tales como el agua de enfriamiento disponible en el condensador.

TOBERAS

Otra eficiencia de un componente se define para la tobera. Una tobera aumenta la velocidad como resultado de una disminucin en la presin. Generalmente este dispositivo es adiabtico. La eficiencia compara la energa cintica real a la salida con la energa cintica a la salida debida a un proceso isentrpico. El estado a la entrada de cada proceso y la presin a la salida son los mismos para cada proceso comparado.1.2 DIMENSIONES Y UNIDADESCualquier medida fsica tiene dimensiones y debe ser expresada en las unidades correspondientes a estas dimensiones de acuerdo a un sistema de unidades particular. Las dimensiones fundamentales son primitivas, reconocidas mediante nuestras percepciones sensoriales y no definibles en trminos de algo ms simple. Su uso, sin embargo, requiere la definicin de escalas de medicin arbitrarias, divididas en unidades de tamao especfico. Las unidades primarias estn dadas por un acuerdo internacional, y aparecen codificadas como el Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, de Systme International).El segundo, cuyo smbolo es s y que es la unidad SI de tiempo, es la duracin de 9 192 631 770 ciclos de la radiacin asociada con una transicin determinada del tomo de cesio. El metro, con smbolo m, es la unidad fundamental de longitud y se define como la distancia que la luz recorre en el vaco durante 1/299 792 458 de segundo. El kilogramo, smbolo kg, es la masa de un cilindro de platino/iridio que se guarda en el International Bureau of Weights and Measures en Svres, Rancia. La unidad de temperatura es el kelvin, con smbolo K, el cual es igual a l/273.16 de la temperatura termodinmica del punto triple del agua.Las unidades son los medios para expresar las dimensiones, como por ejemplo: pie, centmetro, etc. La longitud, la masa y el tiempo tienen Unidades Los sistemas de unidades estn compuestos por: Unidades Fundamentales: Se tienen para la masa, longitud, tiempo, temperatura, corriente elctrica e intensidad luminosa. Unidades Mltiplos: Son mltiplos o fracciones de las unidades fundamentales. Unidades Derivadas: Se pueden obtener de dos formas: 1. Compuestas: Multiplicando y/o dividiendo unidades fundamentales y sus mltiplos (m2, m/s, m/s2). 2. Unidades Equivalentes: Son equivalentes definidos de las unidades compuestas (Ej: 1 N 1 kgm/s2, 1 erg 1 gcm/s2).

Figura 1.12. Unidades para diversas Propiedades Factores de Conversin: Son expresiones de valores equivalentes de diferentes unidades del mismo sistema o de sistemas distintos. La equivalencia entre dos expresiones de la misma cantidad puede definirse en trminos de una proporcin (como un cociente): Figura 1.13. Algunos Factores de Conversin CONSTANTE GRAVITACIONAL (gc). Por la Ley de Newton conocemos que F = m * a. En el sistema ingls, Lbf =Lbm*ft/s2, estos sistemas como tales son internamente inconsistentes.

SISTEMA INTERNACIONAL: Newton: es la fuerza que hay que aplicar a un kilogramo masa para que su aceleracin sea igual a 1 m/ seg2. Sistema Ingls: Libra Fuerza: es la fuerza con que es atrado una libra masa por la aceleracin de la gravedad normal 32,17 pie/ seg2 F = m x a

DIMENSIN.Es el nombre que se le da a una cualidad o caracterstica fsica. Es decir, es la generalizacin que permite identificar la esencia fsica de las cosas: qu tan grande, caliente, ancho, veloz, conductor (del calor o la electricidad), etc.Para responder a estos interrogantes se utilizan variables conocidas con el nombre dedimensiones,tales como: longitud, masa, tiempo, rea, velocidad, temperatura, densidad, volumen, viscosidad, conductividad trmica y elctrica, etc.Las dimensiones se clasifican en dos categoras:Bsicas, fundamentales o primarias. Derivadas o secundarias.DIMENSIONES BSICAS, FUNDAMENTALES O PRIMARIAS.Sirven de base para expresar una cantidad fsicas de manera independiente, es decir, no se pueden definir en funcin de otra dimensin.Las dimensiones fundamentales principales son: la longitud, L; la masa, m; el tiempo, t; la temperatura, T; la corriente elctrica, E; la fuerza, F; la cantidad de materia, la intensidad de corriente elctrica, etc.DIMENSIONES DERIVADAS O SECUNDARIAS.Se expresan a partir de las magnitudes fsicas primarias, por medio de leyes o principios, usando una ecuacin que involucra solamente operaciones de multiplicacin, divisin, diferenciacin o integracin.As por ejemplo: la fuerza, F; la aceleracin, a; la velocidad, V; la densidad, d; la capacidad calorfica, c; el rea, A; el volumen, V; el trabajo, W; la energa cintica, Ec; la potencial, Ep; etc.La densidad, como es bien sabido, es la relacin entre la masa y el volumen:

El volumen de un paraleleppedo se expresa como el producto entre el largo, el ancho y la altura, todas longitudes, o sea, que se puede expresar como la longitud al cubo, y dimensionalmente:

En general, cualquier variable derivada puede expresarse por medio de una frmula que la relacione con las dimensiones fundamentales. La frmula dimensional es el agregado de exponentes de las magnitudes primordiales utilizadas para definirla. Estas expresiones son claves en el anlisis de la homogeneidad dimensional de una ecuacin, tema que se tratar mas adelante.La realizacin de clculos numricos con ecuaciones que relacionan cantidades fsicas requiere del uso de patrones de medida o unidades. Adems es necesario que las expresiones empleadas sean homogneas, no solo en sus dimensiones sino tambin en sus unidades.Se define unaunidadcomo:"Una magnitud arbitraria de una dimensin elegida como referencia para propsitos de medicin o clculo".1.2.1SISTEMASEs aquella porcin del universo que se somete a un estudio termodinmico. Puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier regin tridimensional del espacio, etc., seleccionado para el estudio termodinmico. Clasificacin de los Sistemas Termodinmicos. Sistema Cerrado (Masa de Control): Es un sistema el cual no hay flujo de masa travs de la frontera, sin embargo la energa en forma de calor y trabajo puede cruzar las fronteras. Sistema cerrado, NO HAY intercambio de masa entre el sistema y los alrededores, sin embargo existe transferencia de energa en forma de calor FIGURA 1.5. Sistema Cerrado Sistema Abierto (Volumen de Control): Es aquel que intercambia materia a travs de su frontera. A este sistema se le denomina tambin volumen de control, y a su frontera, superficie de control. El trmino volumen de control se especifica cuando se hace un anlisis que involucra flujo de masa. Sistema Abierto, HAY Intercambio de Masa entre el sistema y los alrededores transferencia igual manera de y existe de energa en forma de calor y trabajo Figura 1.6. Sistemas Abiertos

Sistema Aislado: Este es un caso particular de un sistema cerrado. Es aquel que no interacta en modo alguno con su entorno, es decir no hay transferencia de masa, calor y trabajo entre el sistema o los Alrededores. Figura 1.7. Sistema Aislado

1.3ESTADO, PROCESO, TRAYECTORIA, CICLO.

Estado Es la condicin del sistema definida por el valor de sus propiedades termodinmicas y por tanto queda identificado por el conjunto de valores que tienen las propiedades termodinmicas en ese instante. Proceso Termodinmico Es la transformacin de un estado de equilibrio a otro, siendo el camino del proceso la serie de estados a travs de los cuales pasa el sistema (trayectoria del proceso). Un proceso termodinmico sigue una trayectoria definida y corresponde con la transformacin de un estado a otro. Estas trayectorias son propiedades que se mantienen constantes en dichos cambios de estados, es decir un PROCESO ISOTRMICO ocurre a travs de una trayectoria caracterizada por mantener constante las propiedades termodinmica temperatura. Figura 1.10. Procesos Termodinmicos Proceso cclico o Ciclo: Es un proceso que comienza y termina en un mismo estado. Las propiedades varan durante el transcurso del ciclo, pero al volver al estado inicial todas las propiedades vuelven a tomar sus valores originales. En un proceso cclico el punto de inicio del mismo es el punto final del ciclo, pero el recorrido del ciclo se realiza a travs de trayectorias diferentes. Como se observa en la figura para llegar del punto 1 al punto 1 se sguela trayectoria a, pero para llegar del punto del 2 al punto 1 se sigue la trayectoria b

Proceso Cuasiesttico o Cuasiequilibrio; es un proceso que sigue una trayectoria definida, en cada punto de sta solo existe desviaciones infinitesimales del equilibrio interno. Procesos Reversibles; una vez que el proceso se da, tanto el sistema como los alrededores pueden recuperar sus estados iniciales sin ocasionar ningn cambio en el resto del universo. Para que un proceso sea reversible es necesario que sea cuasiesttico o Cuasiequilibrio, es decir que las propiedades sean uniformes o iguales en cada punto del sistema y que cuando cambien lo hagan simultneamente en todo el sistema.

1.4PROPIEDAD, PROPIEDAD EXTENSIVA, PROPIEDAD INTENSIVA, PROPIEDAD ESPECIFICA.

Es una caracterstica del sistema. Cantidad que depende del estado del sistema y es independiente de la trayectoria por la cual haya llegado a dicho estado. Las propiedades termodinmicas se clasifican en: Extensivas: Son aquellas que dependen de la masa del sistema. Ejemplo: Volumen, Numero de moles, etc. Intensivas: Son aquellas que no dependen de la masa del sistema, por ejemplo: temperatura, presin, etc. ESPECFICAS: Las propiedades especficas de la materia son aquellas que permiten diferenciar un objeto o cuerpo de otro, por ejemplo la densidad, es propia de cada compuesto, porque tiene valores diferentes para cada uno.

Si una cantidad de materia, en un estado dado, se divide en dos partes iguales, cada parte tendr el mismo valor de la propiedad intensiva, como la original, y la mitad de los valores en las propiedades extensivas.

1.3PROPIEDADES.Son caractersticas que se pueden observar, medir o cuantificar en las sustancias o en los sistemas.La cantidad y tipo de propiedades que se puedan establecer para un sistema dependen del tipo de observacin que se halla establecido para el anlisis del sistema. Por ejemplo si el enfoque usado es el macroscpico se pueden establecer propiedades como temperatura (T), presin (P), energa (e), energa interna (u), y entalpia (h) y otras, que de ningn modo seran establecidas utilizando el enfoque microscpico.Para apropiar mejor esta definicin, a continuacin se hace detalle sobre dos aspectos primordiales de las propiedades.Al considerar el enfoque macroscpico (termodinmica clsica) se habla de manifestaciones fsicas del conjunto o propiedades de una sustancia; y para medir o cuantificar estas de forma directa o indirecta, se han planteado patrones de medida llamados sistemas de unidades.Los sistemas de unidades son grupos o conjuntos de unidades patrn establecidas para medir o cuantificar propiedades fsicas, permitiendo expresarlas de forma fcil y precisa. Podemos decir que son como lenguajes adoptados inicialmente por regiones, son completos y sus unidades por lo general van estructuradas en tres clases: Las bsicas o fundamentales, las derivadas, y las suplementarias.Las unidades bsicas como su nombre lo indica son bien definidas y se consideran independientes desde el punto de vista dimensional, entre estas se encuentran las unidades de cantidad de materia, de masa, de tiempo, de longitud, de temperatura, de intensidad de corriente elctrica, de intensidad luminosa y en algunos sistemas la de fuerza. Las unidades derivadas son aquellas generadas a partir de la combinacin de las unidades bsicas mediante relaciones algebraicas que generan una magnitud correspondiente; como las de superficie, volumen, velocidad, aceleracin, presin, energa, trabajo, potencia etc., y en algunos sistemas la de fuerza. Las unidades suplementarias son de escaso uso en termodinmica y debido a esto no se consideran para el desarrollo de este curso.En el mbito de la ingeniera, y aplicados en particular a la termodinmica, se utilizan cuatro sistemas de unidades que son: El sistema ingles internacional, el sistema ingles de ingeniera, el sistema mtrico decimal, y el sistema internacional.Una diferencia que puede establecerse para estos sistemas es la magnitud de sus unidades (por ej. para sistemas ingles internacional y de ingeniera la unidad de longitud es el pie y para sistemas mtrico decimal e internacional la unidad de longitud es el metro) de tal modo que es necesario utilizar factores de conversin al migrarse de un sistema a otro. Pero se presenta otra diferencia que es menos evidente pero fundamental, y radica en las unidades bsicas y derivadas que cada uno de los sistemas utiliza; algunas unidades bsicas de un sistema son unidades derivadas en el otro. Si se comparan los sistemas mtrico e internacional las unidades bsicas de masa, longitud y tiempo son las mismas, pero la fuerza en el sistema internacional es una unidad derivada (el Newton) y en el sistema mtrico es una unidad bsica (el Kilogramo fuerza). De igual modo al comparar los sistemas ingles internacional e ingls de ingeniera se observa que las unidades bsicas de longitud y tiempo son las mismas, pero en el sistema ingles de ingeniera aparecen como unidades bsicas la masa y fuerza (libra masa y libra fuerza respectivamente) y en el ingls internacional nicamente aparece la masa como unidad bsica (puede ser la libra masa o el Slug).

Los diferentes sistemas de unidades con las unidades bsicas y derivadas de uso comn en termodinmica y con la convencin que ser utilizada en este documento, se presentan en el anexo A.

1.3.1DENSIDAD, VOLUMEN ESPECFICO, PESO ESPECFICO Y GRAVEDAD ESPECFICA.

DENSIDAD (): representa la cantidad de masa de una sustancia por unidad de volumen, por lo tanto podemos usarla como factor de conversin para relacionar masa y volumen.

VOLUMEN ESPECFICO (^ v): Volumen El especfico es inverso de la el Lquidos la densidad con la varia Para temperatura y en menor grado con la presin. Para gases y vapores la densidad es funcin de la temperatura y presin. La densidad del agua a 4 C es 1 g/cm3 1000 kg/m3 62.43 lbm/pie 3.

^^V = v/m V = 1/

densidad, es el volumen ocupado por unidad de masa de un material.

El peso especfico es aquel que relaciona el peso de un componente con su volumen, quedando representado con las siguientes formulas;=w/vRelacin entre el peso y el volumen=mg/vRelacin entre la densidad y el peso especfico.= /gRelacin entre la densidad y el peso especfico.=gResultado de despejar peso especfico en la expresin anterior.

Gravedad especfica (Sg) o densidad relativa: Es la relacin entre la densidad (o el peso especfico ()) de una sustancia y otra densidad (o peso especfico) de referencia. Es importante destacar que debido a que la densidad es una propiedad que vara con la temperatura, la Sg de la sustancia de referencia (tabulada en la mayora de los casos) debe tomarse a la temperatura del proceso, para que la densidad calculada sea la correspondiente en las condiciones dadas.

1.4PRESIN, PRESIN ABSOLUTA, PRESIN ATMOSFRICA, PRESIN MANOMTRICA Y PRESIN DE VACO. Presin Las mediciones de presin son las ms importantes que se hacen en la industria; sobre todo en industrias de procesos continuos, como el procesamiento y elaboracin de compuestos qumicos. La cantidad de instrumentos que miden la presin puede ser mucho mayor que la que se utiliza en cualquier otro tipo de medidor. La presin se define como la fuerza normal que se ejerce sobre una unidad de rea. El concepto de presin se emplea cuando se trata de un lquido o un gas. Presin Hidrosttica Es la presin ejercida por el peso de la columna de altura h de fluido en un lugar donde la aceleracin de la gravedad Presin Atmosfrica: La presin del aire y del medio atmosfrico que nos rodea y que vara da con da. Presin Baromtrica: Igual a la presin atmosfrica, llamada presin baromtrica debido a que se emplea un barmetro para medir la presin atmosfrica. Presin Absoluta: una medicin de la presin con respecto a una presin de cero.

Presin Manomtrica Se llamapresin manomtricaa la diferencia entre lapresin absolutao real y lapresin atmosfrica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la presin es superior a la presin atmosfrica, pues cuando esta cantidad es negativa se llamapresin de vaco. Presin Relativa: o Presin Manomtrica: la presin expresada como una cantidad medida a partir de la presin atmosfrica o alguna presin de referencia. Presin de Vaco: presin cuyo valor es menor a la atmosfrica. En un fluido en reposo, la presin en un punto es la misma en todas las direcciones. La presin de un fluido aumenta con la profundidad, esto se debe a que a niveles ms bajos soportan ms peso que el fluido a niveles ms altos pero no vaca horizontalmente. La presin de un tanque que contiene un gas se considera uniforme porque el peso es demasiado pequeo para hacer una diferencia apreciable. Figura 1.15. Presin absoluta, atmosfrica, manomtrica y de vaco La presin atmosfrica se ha estandarizado como la presin producida por una columna de mercurio de 760mm de altura a 0 C en un lugar donde la aceleracin de gravedad es de 9.8 m/s2 a estas condiciones la presin atmosfrica permanece constante a diferencia de la presin baromtrica.

Figura 1.16. Barmetro Manmetros en U Los manmetros en U son dispositivos que miden presin relativa en trminos de altura de columna de lquido. Consisten principalmente en un tubo plstico o de vidrio en forma de U y que contienen en su interior uno o ms fluidos tal como mercurio, agua, alcohol o aceite. Este manmetro se usa para medir la presin relativa del tanque. La presin en cualquier parte del tanque y en la posicin 1 son iguales. Figura 1.16. Manmetro en U con una de sus dos ramas una conectada al recipiente cuya presin queremos medir y la otra abierta a la atmsfera. Si el extremo abierto a la atmsfera se encuentra obstruido se crea un vaco absoluto, por lo que la Patm se iguala a cero y la presin absoluta es igual es igual a la presin manomtrica.

Figura 1.17. Manmetro en U extremo cerrado a la atmsfera Manmetros Bourdon En la industria la presin generalmente se mide con el manmetro Bourdon. Estos dispositivos comnmente se calibran de tal manera que el punto cero de la escala corresponde a la presin atmosfrica es decir, cuando el manmetro est abierto a la atmsfera. Consiste en un tubo de seccin cilndrica que forma un anillo casi completo, cerrado por uno de sus extremos. Al aumentar la presin en el interior del tubo este se tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a una aguja indicadora. Normalmente es construido de acero inoxidable o una aleacin de cobre. Figura 1.18. Manmetro Bourdon

Sistema Cilindro Pistn Existe un dispositivo conceptualmente importante desde el punto de vista termodinmico, sistema cilindro pistn, la importancia radica que dentro de l se puede estudiar el comportamiento volumtrico con sencillez. El volumen del sistema puede calcularse con facilidad multiplicando el rea interna del cilindro por la altura del mbolo. La presin tambin puede determinarse con sencillez. Figura 1.19. Arreglo Cilindro- Pistn PISTN

1.5LA LEY CERO DE LA TERMODINMICA.Esta ley dice "Si dos sistemas A y B estn a la misma temperatura, y B est a la misma temperatura que un tercer sistema C, entonces A y C estn a la misma temperatura" La Ley Cero de la Termodinmica es un principio de generalizacin del equilibrio trmico entre cuerpos, o sistemas termodinmicos, en contacto, en el que interviene como parmetro fsico emprico la temperatura. Sobre 1850 Rudolf Clausius y William Thomson Kelvin establecieron la Primera Ley y la Segunda Ley de la Termodinmica. La Tercera Ley de la Termodinmica fue desarrollada sobre 1906 por Walther Nernst. Comparada con estas, la Ley Cero tard mucho tiempo en que la comunidad cientfica estuviese convencida de su importancia bsica, pues fue formulada por Ralph H. Fowler en 1931. Su aceptacin, aunque tarda, de su carcter bsico y fundamental como punto de partida para entender las otras tres leyes termodinmicas, hizo que se la denominase Ley Cero y no Cuarta Ley. La temperatura es la propiedad que determina si un sistema dado est en equilibrio trmico con otros sistemas. Es una de las siete propiedades fsicas bsicas en funcin de las cuales se definen todas las otras cantidades fsicas. Se diferencia de las otras por ser una propiedad intensiva, mientras las otras seis son propiedades extensivas. Los primeros termmetros fueron creados con fines clnicos y meteorolgicos, para medir cambios de temperatura en el cuerpo humano y en el aire, siendo el ms famoso termoscopio (termmetro sin escala) el inventado por Galileo (1564-1642) en 1592. Gabriel Fahrenheit ide su escala de temperatura en 1724 y Anders Celsius en 1742 defini como 100 grados el punto de ebullicin del agua y como 0 grados el punto de congelacin. A mediados del siglo XIX Lord Kelvin desarroll una escala en la que el punto cero es equivalente a -273.15C en el que el movimiento trmico cesa segn la descripcin clsica de la termodinmica. Las Fgs. 1-3 estn relacionadas con la temperatura. La Fig. 1 muestra el retrato de Anders Celsius (1701-1744), fsico y astrnomo sueco, supervisor de la construccin del observatorio de Uppsala del que fue nombrado director en 1740. El punto de congelacin del agua a 0C se representa en la Fig. 2 por pequeas bayas heladas en las que las gotas de hielo refuerzan la sensacin de congelacin. El punto de ebullicin del agua a 100C se muestra en la Fig. 3 mediante la fotografa de Wick. Volvamos a la Ley Cero de la Termodinmica o principio de generalizacin del equilibrio trmico entre cuerpos en contacto. Esta ley se usa para comparar la temperatura de dos o ms sistemas por el uso comn del termmetro. La ley establece: "cuando dos sistemas o cuerpos estn por separado en equilibrio con un tercer sistema, entonces los dos sistemas tambin estn en equilibrio uno con el otro". Una proposicin equivalente de la ley dice: si la energa calorfica del material 1 es igual a la energa calorfica del material 3, y la de 2 es igual a la energa calorfica del material 3, entonces las de 1 y 2 deben ser tambin iguales". El concepto que se deriva de la ley cero es la temperatura y entonces la ley se formula cuantitativamente como sigue: si T1 = T3 y T2 = T3, entonces T1 = T2, donde 1, 2 y 3 designan sistemas. La importancia de la ley es que si dos sistemas 1 y 2 no estn en contacto y queremos saber si ellos estn a la misma temperatura, entonces la aplicacin de la ecuacin anterior lo hace posible si hay contacto entre los sistemas 1 y 3 y 2 y 3. La ley implica que el equilibrio trmico es una relacin transitiva que proporciona base cientfica a la termometra y al establecimiento de las escalas empricas de temperatura. En la prctica, el tercer sistema de la ley cero es un termmetro. Se pone en contacto trmico con un conjunto de patrones de temperatura, y se calibra. Posteriormente, el termmetro se lleva al equilibrio con un sistema de temperatura desconocida, y se determina un valor. Si existe equilibrio durante el proceso de calibracin y durante el ensayo con el sistema, en virtud de la ley cero, la temperatura del sistema debe ser la misma que la establecida con los patrones de calibracin. 1.4.1EQUILIBRIO TRMICO.Equilibrio Trmico Cuando un cuerpo entra en contacto con otro que tiene diferente temperatura, el calor del cuerpo de temperatura ms alta se transfiere al de temperatura inferior, la transferencia de calor se detiene una vez que se ha alcanzado el equilibrio trmico, la igualdad de temperatura es el nico requerimiento para alcanzar el equilibrio trmico. Equilibrio termodinmico Estado de Equilibrio: Un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinmico cuando el estado del sistema no cambia con el tiempo. Sin embargo, este estado cambia si los alrededores sufren alguna alteracin, es decir, el estado de equilibrio puede cambiar si es perturbado por el medio ambiente. Para que un sistema se encuentre en equilibrio termodinmico es necesario que este simultneamente en equilibrio qumica, equilibrio de fases, equilibrio mecnico y equilibrio trmico 1.4.2ESCALAS DE TEMPERATURA.

Temperatura Es una propiedad que aun cuando se est muy familiarizado con ella, resulta difcil de definir. El concepto de la temperatura surge de la necesidad de cuantificar las sensaciones de fro y caliente. Hoy en da se conoce la temperatura como una medida del movimiento y del estado vibracional de las molculas de una sustancia en equilibrio trmico. A mayor energa mayor temperatura. Una sustancia se encuentra en equilibrio trmico cuando su temperatura permanece constante e igual en cada uno de sus puntos. Escalas de temperaturas Las escalas de temperaturas permiten a los cientficos utilizar una basa comn para las mediciones de las mismas, estn basadas en escalas absolutas y escalas relativas. Figura 1.14. Escalas de temperaturas El cero de las escalas punto absolutas corresponde a la temperatura ms baja a la cual es hombre puede existir o imaginar. A este punto la en corresponde escala absoluta Kelvin, el valor 0 K y 0 R en la absoluta Rankine y a

C en la escala relativa273.15 Celsius y - F 459.6la relativa en Fahrenheit.

Temperaturas Puntuales La escala Kelvin se relaciona con la relativa Celsius, al igual que la Absoluta Ranking y Fahrenheit. A continuacin se presentan las ecuaciones que relacionan las diferentes escalas de temperaturas. Diferencias de temperaturas Se observa que la diferencia unitaria de temperatura en las escalas Rankine y Fahrenheit es la misma porque ambas escalas tienen 180 divisiones entre sus extremos. Lo mismo ocurre en las escalas Kelvin y Celsius donde el nmero de divisiones para ambos son iguales (100 divisiones.) Si se compara la escala Fahrenheit (180 divisiones) con la Celsius (100 divisiones), se observa que un Celsius es mayor en magnitud que un Fahrenheit igual sucede entre las absolutas Kelvin y Rankine.

Los smbolos (F), R, (C), K representan cambios o deltas de temperatura, no obstante estos smbolos no son de uso comn, por lo que F, R, C, K se utilizan para indicar tanto temperatura como diferencias de temperaturas y se deben interpretar segn sea el contexto de la ecuacin o enunciado. ESCALA CELSIUSPara esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullicin y de solidificacin del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100 y 0. Esta unidad de medida se lee grado Celsius y se denota por C.El grado Celsius, es la unidad creada por Anders Celsius para su escala de temperatura. Se tom para el Kelvin y es la unidad de temperatura ms utilizada internacionalmente.A partir de su creacin en 1750 fue denominado grado centgrado (se escriba c, en minscula). Pero en 1948 se decidi el cambio en la denominacin oficial para evitar confusiones con la unidad de ngulo tambin denominada grado centgrado (grado geomtrico), aunque la denominacin previa se sigue empleando extensamente en el uso coloquial.Hasta 1954 se defini asignando el valor 0 a la temperatura de congelacin del agua, el valor 100 a la de temperatura de ebullicin ambas medidas a una atmsfera de presin y dividiendo la escala resultante en 100 partes iguales, cada una de ellas definida como 1 grado. Estos valores de referencia son muy aproximados pero no correctos por lo que, a partir de 1954, se define asignando el valor 0,01C a la temperatura del punto triple del agua y definiendo 1C como la fraccin 1/273,16 de la diferencia con el cero absoluto.

ESCALA KELVINEn este caso, la escala fue establecida por la escala kelvin, donde el valor de 0 corresponde al cero absoluto, temperatura en la cual las molculas y tomos de un sistema tienen la mnima energa trmica posible. Ningn sistema macroscpico puede tener una temperatura inferior. En escala Celsius esta temperatura corresponde a -273C. Esta unidad de medida se lee Kelvin y se denota por [K]. Esta unidad se llama tambin Escala Absoluta y es tambin la unidad adoptada por el Sistema Internacional de Unidades.Dado que 0 K corresponden a -273,15C, se puede hallar una frmula de conversin, entre la escala Celsius y la escala Kelvin, de la siguiente forma: TK = TC + 273.15 CESCALA FAHRENHEITEn esta escala tambin se utilizaron puntos fijos para construirla, pero en este caso fueron los puntos de solidificacin y de ebullicin del cloruro amnico en agua. Estos puntos se marcaron con los valores de 0 y 100 respectivamente. La unidad de esta escala se llama grado Fahrenheit y se denota por F. Dado que en escala Celsius, los valores de 0C y 100C corresponden a 32F y 212F respectivamente, la frmula de conversin de grados Celsius a Fahrenheit es: Tf = 9/5 Tc + 32 cESCALA RANKINEEs una escala de temperaturas muy utilizada en losEE.UU., y es semejante a la escala Kelvin. Al igual que esta, presenta un cero en el cero absoluto, por lo que tambin es una escala absoluta, con la diferencia de que los intervalos de grado son idnticos al intervalo de grado Fahrenheit. TR = 9/5 TK = 1.8 Tk 1.6EL PRINCIPIO DE CONSERVACIN DE LA MASA.La ley de conservacin de la masa o ley de conservacin de la materia o ley de Lomonsov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas lasciencias naturales. Fue elaborada independientemente por Mijal Lomonsov en1745y por Antoine Lavoisier en1785. Se puede enunciar como En una reaccinqumicaordinaria la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos.Una salvedad que hay que tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la masa s se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa yenerga.Esta ley es fundamental para una adecuada comprensin de la qumica. Est detrs de la descripcin habitual de las reacciones qumicas mediante la ecuacin qumica, y de los mtodos gravimtricos de laqumica analtica.

1.7FORMAS DE ENERGA.Las formas de energa son distintas manifestaciones de lo mismo: Energa. Es decir, formas de energas son los distintos tipos de visualizacin en los que la energa se manifiesta en la naturaleza.En la naturaleza existen diferentes formas en las que se encuentra la energa:La energa qumica: Es la energa almacenada dentro de los productos qumicos. Los combustibles como la madera, el carbn, y el petrleo, son claros ejemplos de almacenamiento de energa en forma qumica. Tambin es la energa producida en las reacciones qumicas.Ejemplo de transformacin de la energa: En los fuegos artificiales, la energa qumica se transforma en energa trmica, luminosa, sonora y de movimiento.La energa trmica: Es el efecto de las partculas en movimiento. Es la energa que se desprende en forma de calor. Puede extraerse de la naturaleza mediante reacciones nucleares, mediante energa elctrica por efecto Joule, mediante una reaccin exotrmica, mediante medios de aprovechamiento de la energa geotrmica, o mediante medios de aprovechamiento deenerga solar. Un ejemplo de energa trmica es la energa de labiomasa.

Toda sustancia se compone de molculas, estas molculas estn en constante movimiento. Cuanto mas caliente est algo, es porque mas rpido se estn moviendo las molculas.La energa mecnica: Dentro de la energa mecnica hay dostipos de energiamecnica: la energa cintica y la energa potencial. La suma de ambas siempre se mantiene constante y es igual a la energa mecnica (salvo en sistemas en los que acten fuerzas no conservativas). Un ejemplo de esta forma de energa es laenerga de las olas.

Laenerga cinticaes la energa que tiene un cuerpo en movimiento. Cuanto mas rpido se mueven, ms energa cintica posen. La cantidad de energa cintica que tiene un cuerpo, depende de la masa que esta en movimiento y de la velocidad a la que se desplaza esa masa. Un ejemplo de aprovechamiento de la energa cintica, es el viento (con laenergia eolica), que tambin se puede aprovechar en el mar, como con laenerga elica offshore.Laenerga potenciales la energa almacenada, la energa que mide la capacidad de realizar trabajo. Cualquier objeto que est situado a cierta altura tiene energa potencial gravitatoria.Por ejemplo, el agua que est en una presa tiene energa potencial a causa de su posicin. El agua puede caer desde esta posicin y ejercer una fuerza desde una distancia y, por tanto, hacer trabajo, en este caso: accionar una turbina para generar electricidad.La energa electromagntica: Es la energa debida a la presencia de uncampo electromagntico, y es proporcional a la suma de los cuadrados de los valores del campo elctrico, y del campo magntico, en un punto del espacio.La energa luminosa o lumnica: Se manifiesta y es transportada por ondas luminosas. Sin ella no habra vida en la Tierra. No debe confundirse con la energa radiante. Es una forma de energa electromagntica. Se puede transformar en energa elctrica, mediante el efecto fotoelctrico, y esto es laenerga solar fotovoltaica.La energa sonora: De entre las distintasformas de energas,es la energa transportada por ondas sonoras. La energa sonora es otro efecto de las molculas en movimiento, procede de la energa vibracional del foco sonoro.

1.8ENERGA Y AMBIENTE.Laenerga libre termodinmicaes la cantidad detrabajoque unsistema termodinmicopuede realizar. El concepto es til en latermodinmicade procesos qumicos o trmicos en laingenieray en la ciencia. La energa libre es laenerga internade un sistema, menos la cantidad de energa que no puede ser utilizada para realizar trabajo. Esta energa no utilizable est dada por laentropade un sistema multiplicada por latemperatura absolutadel sistema.Al igual que la energa interna, la energa libre es unafuncin de estadotermodinmica.Se llama ambientea todo aquello que no est en el sistema pero que puede influir en l. Por ejemplo, consideremos una taza con agua, que est siendo calentada por un mechero.