TERMODINÁMICA UNIDAD I: PROPIEDADES DE UNA SUSTANCIA PURA MARY TRINY GUTIERREZ MENDOZA

Aplicación de la termodinámica La termodinámica trata generalmente: De las propiedades de las sustancia y los cuerpos. Del estado de la sustancia caracterizado por un valor determinado de sus propiedades. De los procesos termodinámicos o cambio de estado y en general de los procesos cíclicos. La termodinámica se ocupa de los intercambios energéticos entre los sistemas. La termodinámica establece la espontaneidad de los procesos que se dan entre los sistemas. La termodinámica es una rama de la física puramente empírica, por lo tanto sus aseveraciones son en cierto sentido absolutas. El estudio del rendimiento de reacciones energéticas. El estudio de la viabilidad de reacciones químicas. La termodinámica describe los sistemas con un conjunto reducido de variables, las conocidas como variables de estado, sin entrar en la estructura interna o las teorías fundamentales subyacentes.

La turbina, el compresor y la tobera son ejemplos de la aplicación de la termodinámica TURBINA DE VAPOR Las turbinas se emplean masivamente en la ingeniería industrial y eléctrica como parte de los ciclos termodinámicos de transformación de calor en movimiento, así como en la ingeniería Aeronáutica, en donde se utilizan como motores de aeronaves.

COMPRESOR Es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la substancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir Es un dispositivo que convierte la energía potencial de un fluido(en forma térmica y de presión) en energía cinética. Como tal, es utilizado en turbomáquinas y otras máquinas, como eyectores, en que se pretende acelerar un fluido para la aplicación de que se trate. El aumento de velocidad que sufre el fluido en su recorrido a lo largo de la tobera es acompañado por una disminución de su presión y temperatura, al conservarse la energía TOBERA

Sistema termodinámico: Es una cantidad de materia de masa fija sobre la cual se enfoca la atención para su estudio. Se puede definir como una región del espacio tridimensional o una cantidad de materia, delimitada por una superficie arbitraria. Frontera: Puede ser real o imaginaria, puede hallarse en reposo o en movimiento, puede variar de tamaño o de forma. Entorno o medio ambiente: La región del espacio físico que queda fuera de las fronteras elegidas arbitrariamente.

EVALUACION MATEMATICA DE UNA TURBINA                                                                                                                                                  Volumen de control (V.C): Se define como aquella región en el espacio que se considera en un estudio o análisis dado, la masa que opera dentro del volumen de control puede ser constante aunque no sea la misma en un tiempo dado, La frontera de volumen de control se denomina superficie de control.

Clasificación de los sistemas Sistema abierto: Es aquel en el que hay flujo de masa a través de su frontera en uno y en otro sentido y a su vez interactúa con su medio circundante, intercambiando energía en forma de calor y de trabajo. Sistema cerrado: es aquel en el que no existe intercambio de masa con sus alrededores pero si existe intercambio de energía en forma de calor y trabajo. Sistema totalmente aislado: Es aquel que es completamente impermeable, ni la masa ni la energía atraviesan las fronteras.

Propiedades y estados de una sustancia Fase: Esta definida como una cantidad de materia que es totalmente homogénea, cuando se tiene mas de una fase estas son separadas por una frontera de fase. Propiedad: puede definirse como una cantidad que depende del estado del sistema y que es independiente del camino para el que se llevo el sistema a dicho estado. Las propiedades se dividen en dos clase: propiedades extensivas. propiedades intensivas

Propiedades extensivas: Esta varía con la masa Propiedades extensivas: Esta varía con la masa. se relacionan con la estructura quimica externa de la materia; son aquellas que se pueden medir con mayor facilidad y que dependen de la cantidad y forma de la materia. Ejemplo: peso, volumen, longitud, masa, entre otras Propiedades intensivas: Es independiente de la masa. tienen que ver con la estructura quimica interna, no dependen de la cantidad de materia y pueden ser una relación de propiedades como la temperatura, viscosidad o dureza.  Las propiedades intensivas pueden servir para identificar y caracterizar de esta compuesta la materia.

Procesos y ciclos Cambios de estado: Ocurre cuando una de las propiedades del sistema cambie. Procesos: Es una sucesión de estados por lo que pasa un sistema. Ciclo: cuando un sistema está en una estado dado y pasa por un sin número de cambio de estado y finalmente retorna a su estado inicial se dice que el sistema pasa a través de un ciclo.

Proceso cuasi-estático o cuasi-equilibrio: Es aquel en que la desviación del equilibrio termodinámico es infinitesimal, y todo los estados por los que pasa el sistema durante un proceso cuasi-equilibrio.

Proceso Isobárico: Un proceso de esta índole es aquel en que la presión permanece constante ante un cambio de estado. Proceso Isotérmico: Un proceso de esta índole es aquel en que la temperatura permanece constante ante un cambio de estado. Proceso Isocórico :El volumen permanece constante ante un cambio de estado.

Proceso reversible: Es aquel que aplicamos a un sistema y una vez realizado puede ser invertido y al hacerlo no hay cambio en el sistema ni en su medio exterior. Si después de comprimir el gas por efecto del peso, el pistón vuelve a su posición original sin alterar las cantidades energéticas, el proceso es reversible. Proceso adiabático: Es un proceso termodinámico en el que no hay transferencia de calor dentro o fuera del sistema.

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA Establece que cuando dos cuerpos tienen igualdad de temperatura con tercer, las tres tienen igualdad de temperatura entre sí.

LA LEY DE LOS GASES La ley de los gases ideales es la ecuación del estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Donde: P: presión absoluta. V: volumen. n: número de moles. Ru: Constante Universal de los gases ideales. T: temperatura aboluta. M: peso molecular. Llamado también Masa molar. Rp: Constante particular del gas. m: masa. v: volumen específico del gas. ρ: densidad. Para clarificar las ecuaciones se debe tener en cuenta lo siguiente. M.n = m, v = V/m, ρ = m/V Para conocer el valor de las constantes y las unidades remitirse a la sección unidades.

Propiedades de las sustancias puras. Una sustancia pura es aquella que tiene solamente una composición química (homogénea) y esta es invariable. Ejemplos:

TEMPERATURA DE SATURACIÓN Y PRESIÓN DE SATURACIÓN. La temperatura a la cual el agua empieza a hervir depende de la presión; en consecuencia, si se fija la presión, lo mismo sucede con la temperatura de ebullición. A una presión dada, la temperatura a la cual una sustancia pura empieza a hervir se llama temperatura de saturación Tsat. Del mismo modo, a una temperatura determinada, la presión a la cual una sustancia pura empieza a hervir recibe el nombre de presión de saturación Psat. A una presión de 101.35 Kpa, Tsat es 100 ºC. En sentido inverso, a una temperatura de 100 ºC, Psat es 101.35 Kpa. 

Líquido subenfriado: Después de ocurrir la condensación el líquido resultante es enfriado de manera que su temperatura este por debajo de la temperatura de saturación, se dice, que el líquido esta subenfriado “Es decir un líquido a cualquier temperatura inferior a su temperatura de saturación se le denomina líquido subenfriado” Ejemplo: agua que tomamos. Líquido comprimido: Si la sustancia existe a una presión menor que la presión de saturación como líquido podemos decir que la sustancia se encuentra como líquido comprimido.

Calidad de la mezcla: Cuando una sustancia existe como parte líquida y como parte de vapor a la temperatura de saturación su calidad se define como la razón de la masa de vapor a la masa total. Vapor sobrecalentado: Cuando el vapor esta a una temperatura mayor a la temperatura de saturación

punto critico: se define como el punto en el que los estados de liquido saturado y de vapor saturado son idénticos.