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MATERIA: TERMODINAMICA DOCENTE: ING. MANUEL J. COLLI US Bibliografía Wark Kenneth, Termodinámica, Ed. McGraw- Hill Maron y Prutton, Fundamentos de fisicoquímica,Ed.

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1 MATERIA: TERMODINAMICA DOCENTE: ING. MANUEL J. COLLI US Bibliografía Wark Kenneth, Termodinámica, Ed. McGraw- Hill Maron y Prutton, Fundamentos de fisicoquímica,Ed. McGraw-Hill Smith y Van Ness, Introducción a la termodinámica en ingeniería química, Ed. McGraw-Hill Russell y Adebiyi, Termodinámica, Ed. Pearson. Libros de química para unidad 2

2 evaluación Formas de evaluación 70% valor del examen 30% trabajos, exposiciones, participaciones en clase. Reglamentos dentro del salón de clases. 1.No portar gorra en el salón de clases. 2.No traer aretes (varones) en el salón de clases. 3.No asistir a clases con short y/o sport. 4.No introducir alimentos en el salón de clases. 5.No hacer bromas pesadas u ofensivas. 6.Todo improvisto será resuelto en el salón equitativamente.

3 UNIDAD I Conceptos básicos y propiedades fundamentales. 1.1 Naturaleza de la termodinámica. 1.2 Conceptos básicos Energía y formas de energía Sistemas y su clasificación Límites, fronteras y vecindad Proceso, Ciclo, Trayectoria y Equilibrio Termodinámico La Ley cero de la Termodinámica 1.3. Propiedades fundamentales Masa, Volumen, Densidad, peso específico, Fuerza, Presión y Temperatura Clasificación de las propiedades 1.4 Propiedades volumétricas de los fluidos Diagramas: P vs. T, P vs. V y PVT

4 UNIDAD I Conceptos básicos y propiedades fundamentales Objetivo de la unidad I: El estudiante comprenderá los conceptos básicos de la termodinámica, las propiedades fundamentales y su clasificación. Definirá el sistema para su análisis termodinámico.

5 FRASE CELEBRE Tened en mente que las cosas maravillosas que se aprenden en las escuelas son el trabajo de muchas generaciones, producidas por el esfuerzo entusiasta y la labor infinita en todos los países del orbe. Todo esto se pone en vuestras manos como herencia para que la recibais. Honreis, aumenteis y, un día, con toda vuestra fe, la traspaseis a vuestra descendencia. Esta es la forma en que nosotros los mortales logramos en la inmortalidad en las cosas permanentes que creamos en común. Albert Einstein

6 Naturaleza de la termodinámica La termodinámica se inicia a finales de 1700, los inventores llegaron a una serie de conceptos y dispositivos. El fuego y vapor a trabajar para el hombre. La revolución industrial. La maquina de vapor, maquina de combustión interna, etc. A los prácticos, aquellos que inventaron y cuidaron de las máquinas, se los llamo ingenieros. Debido a esto la habilidad para realizar trabajo usando el vapor, carbón, la madera, se consideró de principal importancia ¿Cuánta madera haría el trabajo de una cubeta de carbón o de un galón de gasolina? La habilidad para realizar trabajo es la energía actualmente. La energía es sinónimo de trabajo y tiene diferentes manifestaciones, energía potencial, cinética, química, etc.

7 Naturaleza de la termodinámica Entonces, la termodinámica se desarrollo para estudiar la energía: Cuanto hay en el carbón, madera, agua corriente, en el vapor a baja y alta presión, en el huevo, tocino, caramelo, la caída de una piedra, el movimiento de una bola de billar, es de interés de la primera ley de la termodinámica. Primera ley de la Termodinámica: La energía para un sistema aislado permanece constante. Cuando hay un intercambio de energía entre un sistema y su entorno, la energía total final para el universo es igual a la energía total inicial para el universo. Gran cantidad de formas de energía era equivalente a mucha de otra forma, no siempre se podía transformar toda la de una clase a la otra. Esto conduce a la segunda ley de la termodinámica. Segunda ley de la termo: Es imposible construir un dispositivo que opere en un ciclo y no produzca otro efecto que el de elevar un peso y el de generar un intercambio de calor entre el dispositivo y un depósito sencillo.

8 Conceptos básicos. Energía y formas de energía Concepto de energía La energía es un concepto central en termodinámica. Pero ¿Qué es la energía? La noción de energía es tan familiar que debe ser sorprendente que no exista una definición sencilla del concepto. Feynman (1963) decía: Es importante darse cuenta de que en la física de hoy día no tenemos conocimiento alguno de lo que es la energía… La noción de energía como la capacidad para efectuar trabajo es común en mecánica, pero no es una definición satisfactoria desde un punto de vista termodinámico. La energía la definiremos como la capacidad para realizar trabajo.(Btu, J, ft-lbf, kwh, cal).

9 Conceptos básicos. La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. La energía no es un ente físico real, ni una "sustancia intangible" sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. Formas de energía La energía puede existir en numerosas formas: térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear, y su suma constituye la energía total E de un sistema. La termodinámica no proporciona información acerca del valor absoluto de la energía total de un sistema. Solo trata con el cambio de la energía total, lo que es importante en los problemas de ingeniería.

10 Sistemas y su clasificación Sistemas Un sistema termodinámico o sistema, es una región en el espacio, o una colección fija de materia, encerrada por una frontera real o imaginaria. La frontera puede ser rígida o flexible, y el sistema puede estar fijo o estar moviéndose en el espacio. Clasificación de los sistemas En general, hay tres tipos de sistemas: cerrados, abiertos y aislados.

11 Sistemas abiertos, cerrados y aislados Sistema abierto o volumen de control es el sistema que puede intercambiar materia y energía con su entorno. Ejemplo: Bombeo de agua: Hay un flujo de masa (agua) hacia el interior y el exterior del dispositivo de bombeo. Si el espacio que corresponde al interior de la bomba es de interés, la elección adecuada será un modelo de sistema abierto.

12 Sistemas abiertos, cerrados y aislados Sistema cerrado o masa de control es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia. Ejemplo: Cocción de los alimentos: Como una masa fija (los alimentos) permanece en un recipiente cubierto durante el proceso de cocción, la opción apropiada es la de un sistema cerrado.

13 Sistemas abiertos, cerrados y aislados Sistema aislado es el Sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno.

14 Limites, fronteras y vecindad Limites Un límite es toda pared, contorno o borde real o ideal que separa el sistema del ambiente. En termodinámica se supone que el límite de un sistema es una superficie matemática, a la que atribuimos ciertas propiedades ideales como rigidez, impermeabilidad y otras que describiremos más adelante. Los límites reales tan sólo se aproximan a las propiedades de los límites ideales de la Termodinámica. Frontera Separa el sistema de los alrededores o del ambiente.

15 Vecindad Es todo lo que se encuentre fuera del sistema y no pertenece al estudio en cuestión. Proceso, ciclo, trayectoria y equilibrio termodinámico. Proceso: Es cualquier cambio que experimente un sistema de un estado de equilibrio a otro, y la serie de estados por la cual pasa un sistema durante un proceso recibe el nombre de trayectoria del proceso. Para describir por completo un proceso, deben especificarse sus estados inicial y final, así como la trayectoria que sigue y las interacciones con los alrededores. Ciclo: Un ciclo termodinámico es cualquier proceso termodinámico, o conjunto de procesos, que tiene como resultado un estado final para el sistema que es idéntico a su estado inicial. Trayectoria: En termodinámica se define como la serie de estados por los que pasa el sistema mientras sufre un cambio de un estado extremo al otro.

16 Equilibrio termodinámico Considere un sistema que no se somete a ningún cambio. En este caso, es posible medir o calcular todas las propiedades del sistema, lo que resulta en un conjunto de propiedades que describen por completo la condición o el estado del sistema. En un cierto estado, todas las propiedades de un sistema tienen valores fijos. La termodinámica estudia estados en equilibrio. La palabra equilibrio implica un estado de balance. Un sistema que está en equilibrio no experimenta cambios cuando se aísla de sus alrededores. Un sistema no está en equilibrio termodinámico a menos que las condiciones de todos los tipos relevantes de equilibrio se satisfagan. Por ejemplo equilibrio térmico, mecánico, equilibrio de fase, equilibrio químico, etc. La ley cero de la termodinámica Establece que si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercer cuerpo, están en equilibrio entre sí. La ley cero se reenuncia de la manera siguiente: dos cuerpos están en equilibrio térmico si indican la misma lectura de temperatura, incluso si no se encuentran en contacto.


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