TERMODINAMICA I

CONCEPTOS BASICOS
1. Sistema
  1. Se define como la parte del universo objeto de estudio, estas puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, etc
  2. Estos pueden ser
    1. Aislado
      1. no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.
    2. Cerrado
      1. intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores
    3. Abierto
      1. intercambia energía y materia con los alrededores.
2. Propiedad
  1. Intensivas
    1. son dependientes de la masa, son propias del sistema.
      1. Densidad
      2. Volumen Especifico
      3. Peso Especifico
      4. Presion
      5. Area
  2. Extensivas
    1. no dependen de la masa, sino que dependen del tamaño del sistema.
      1. Calor
      2. Trabajo
3. Presion y Temperatura
  1. Presion
    1. Es la fuerza por unidad de área aplicada sobre un cuerpo en la dirección perpendicular a su superficie
  2. Temperatura
    1. Microscopico
      1. está relacionada con la energía cinética que tienen las moléculas que lo constituyen.
    2. Macroscopico
      1. es una magnitud que determina el sentido en que se produce el flujo de calor cuando dos cuerpos se ponen en contacto.
4. Estado, equilibrio, proceso y trayectoria
  1. Estado
    1. El conjunto de propiedades que se pueden medir o calcular y describen por completo la condición del sistema
  2. Equilibrio
    1. está íntimamente ligado a las definiciones de propiedades y estados.
      1. Estos pueden ser
        Termico
        Mecanico
        Fase
        Difusivo
5. Aplicaciones
  1. - El estudio del rendimiento de reacciones energéticas
  2. - El estudio de las propiedades térmicas de los sistemas
  3. - Establece rangos delimitados de los procesos posibles en función de leyes negativas.
SUSTANCIA PURA Y GASES IDEALES
1. Sustancia Pura
  1. Es toda sustancia que tiene su composición química homogénea e invariante.
2. Equilibrio de fases
  1. cualquier sistema evoluciona de forma espontanea hasta alcanzar el equilibrio, y que es posible determinar si un sistema esta en equilibrio con su entorno, si U, H, A y G permanecen constantes con el tiempo.
3. Vapor Liquido
  1. Liquido comprimido o Liquido subenfriado
  2. Liquido Saturado
  3. Vapor Saturado
  4. Vapor Sobrecalentado
  5. Temperatura de saturacion
  6. Vapor saturado + Liquido saturado
  7. Calidad
  8. Calor Latente
  9. Punto Liquido
4. Propiedades independientes
  1. Principio de estado
  2. Regiones de una sola fase
  3. Regiones bifasicas
  4. Linea triple
  5. Estado de saturacion
  6. Domo de vapor
5. Ley de los gases Ideales
  1. En los gases ideales estas variables incluyen la presión (p), el volumen (v) y la temperatura (T).
    1. La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión.
      1. P1.V1=P2.V2
    2. La ley de Charles y Gay Lussac afirma que el volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
      1. V1/T1=V2/T2
        Resumiendo: P1.V1/T1=P2.V2/T2= CONSTANTE
    3. La combinación de estas leyes proporciona la ley de los gases ideales, también llamada ecuación de estado del gas ideal
      1. P.V=n.R.T
  2. Teoría de cinética de los gases
  3. Ecuación de Van der Waals
  4. Transiciones de fase
  5. Presion de vapor
TRABAJO Y CALOR
1. son dos tipos de energía en tránsito, es decir, energía que pasa de un cuerpo a otro.
  1. Diferencia
    1. El calor se transfiere entre dos cuerpos que tienen diferente temperatura
    2. El trabajo se transfiere cuando entre dos cuerpos se realizan fuerzas que provocan desplazamientos o cambios dimensionales.
2. Formas de energia
  1. Energia mecanica
  2. Energia electromagnetica
  3. Energia termica
  4. Energia quimica
  5. Energia nuclear
3. Trabajo
  1. Sistema cerrado
    1. es uno que no tiene intercambio de masa con el resto del universo termodinámico.
      1. A U = Q + W
4. Calor
  1. es la energía transferida de un sistema a otro (o de un sistema a sus alrededores) debido en general a una diferencia de temperatura entre ellos.
    1. La expresión que relaciona la cantidad de calor que intercambia una masa m de una cierta sustancia con la variación de temperatura Δt que experimenta es:
      1. Q = m c At
    2. Cuando se trabaja con gases es bastante habitual expresar la cantidad de sustancia en términos del número de moles n
      1. El calor intercambiado viene entonces dado por:
        Q = n C At
1ERA LEY DE LA TERMODINAMICA
1. Se afirma
  1. Refleja la conservación de energía
  2. La energía no se destruye, solo se transforma
  3. Conservacion de energía
    1. E_entra-E_sale=∆E_sistema
  4. En la termodinámica
    1. ∆U=Q±W
2. En un sistema cerrado
  1. No tiene intercambio de masa
    1. ∆U=Q+W
3. Entalpia
  1. cantidad de calor liberado
    1. H=E+PV
    2. mediante una variación
      1. ∆H=∆E+P∆V
  2. Tipos
    1. Formacion
    2. Reaccion
    3. Solucion
    4. Neutralizacion
    5. Combustion
    6. Descomposicion
    7. Fusion
    8. Sublimacion
    9. Evaporacion
4. Sistema abierto
  1. entrada o salida de masa
  2. interaccion de trabajo-calor
    1. Q+W+∑_entrada▒〖m_entrada (h+1/2 V^2+gz)_entrada 〗-∑_salida▒〖m_salida (h+1/2 V^2+gz)_salida 〗=∆U_sistema
  3. Energia de sistema
    1. E_sistema=U+1/2 mV^2+mgz
  4. Variacion de energía:
5. En cualquier sistema
  1. en estado estacionario
  2. Sistema aislado
6. Maquinas termicas y refrigeradores
  1. Maquinas térmica
    1. Consume combustible para tener calor (QC)
    2. Produce trabajo (W)
    3. Posibilidad de perdida de calor (QF)
    4. Rendimiento de ciclo
  2. Refrigeradores
    1. Trabajo- transferencia de energía
    2. Mediante primera ley de termodinámica
      1. Q_frio+W= Q_caliente
    3. Coeficiente de rendimiento
      1. “refrigerador bajo rendimiento: + calor frio (QF), - consumo energía de trabajo (W)”
  3. En comparación
    1. Maquinas térmicas, realizar trabajo
      1. WMaquinas > 0
    2. Refrigeradores, sacar calor de fuente fria
      1. Wrefrigerador < 0
ENTROPIA
1. DESIGUALDAD DE CLAUSIUS
  1. establece que un sistema que intercambia calor con depósitos externos y experimenta un proceso cíclico
2. ENTROPIA
  1. DEFINICION
    1. es la magnitud que representa la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.
  2. PRINCIPIO DE AUMENTO DE ENTROPIA
    1. es una formulación general del segundo principio de la termodinámica que nos indica la dirección de los procesos reales.
  3. BALANCE GENERAL DE LA ENTROPIA
    1. La segunda ley de termodinámica, esta predice la producción de entropía, el cual es el aumento irreversible en la entropía del universo.
3. DIAGRAMAS
  1. DIAGRAMA TEMPERATURA-ENTROPIA
    1. Se utiliza para visualizar cambios en la temperatura y entropía específica durante un proceso o ciclo termodinámico.
  2. DIAGRAMA ENTALPIA-ENTROPIA
    1. traza el calor total contra la entropía, describiendo la entalpía de un sistema termodinámico.
4. APLICACIONES
  1. En el estudio de agujeros negros
  2. En las cámaras de combustión de los autos
  3. En topología
DISPONIBLIDAD Y ENERGIA
1. APLICACIONES
  1. Este permite identificar, localizar y cuantificar las principales causas irreversibles termodinámicas de un sistema o proceso.
2. ENERGIA DISPONIBLE
  1. REVERSIBLE
    1. Proceso que se puede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores
  2. IRREVERSIBLES
    1. este al invertir el proceso afecta a los alrededores.
3. SE REPRESENTA CON
  1. FUNCIONES DE HELMHOZLT Y DE GIBBS
    1. HELMHOZT
      1. Función de estado y potencial termodinámico, de un sistema que mide el trabajo obtenible en un sistema cerrado, en condiciones de temperatura constante.
    2. GIBBS
      1. Es una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad
  2. TRABAJO MAXIMO
    1. Este se consigue cuando todos los procesos mecánicos o térmicos son reversibles, cuando no se produce entropía.
  3. DISPONIBILIDAD
    1. Es el análisis termodinámico de procesos: su objetivo determinar cuanta eficiencia se produce y mostrar los efectos de las ineficiencias.
  4. BALANCE GENERAL DE LA DISPONIBILIDAD
    1. El balance de energía es una relación de la energía que entra y sale de un sistema
MEZCLA DE GASES
1. COMPOSICION DE MEZCLA DE GAS
  1. FRACCION MOLAR
    1. Se define como la relación entre el número de moles del componente entre el número de moles de la mezcla
  2. FRACCION DE MASA
    1. Se define como la relación entre la masa del componente entre la masa total de la mezcla
2. PRECION PARCIAL Y VOLUMEN PARCIAL
  1. PRECION PARCIAL
    1. es la contribución de cada componente a la presión total de una mezcla.
  2. VOLUMEN PARCIAL
    1. Un concepto paralelo a la presión parcial es el volumen parcial vi: volumen que ocuparía un componente de una mezcla, si estuviera él sólo a la presión y temperatura de la mezcla.
3. ENERGIA INTERNA, ENTALPIA, ENTROPIA Y CALORES ESPECIFICOS
  1. ENERGIA INTERNA
    1. es el aumento de energía en un proceso isocórico depende del calor y el trabajo a volumen constante.
  2. ENTALPIA
    1. Magnitud termodinámica de un cuerpo, igual a la suma de su energía interna más el producto de su volumen por la presión exterior.
  3. ENTROPIA
    1. la entropía es la magnitud que representa la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.
  4. CALOR ESPECIFICO
    1. es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad.
4. LA PSICROMETRÌA
  1. La psicrometría es la ciencia que estudia las mezclas de aire y vapor de agua.
5. APLICACIONES:
  1. LEY DE BOYLE: bolsa de aire de autos
  2. LEY DE BOYLE: combustión interna de los motores
  3. LEY DE CHARLES: globos aerostáticos
2DA LEY DE LA TERMODINAMICA
1. APLICACIONES
  1. En la construcción de máquinas térmicas
  2. En el estudio de los cambios de fases de diferentes sustancias.
  3. En la construcción de edificaciones
2. PRINCIPIO DE CARNOT
  1. Para una misma cantidad de calor absorbido, la maquina reversible genera la misma cantidad de trabajo.
3. PROCESO
  1. PROCESO IRREVERSIBLE
    1. proceso que se efectua espontáneamente en una dirección, pero no en otra.
  2. PROCESO REVERSIBLE
    1. se llama proceso reversible a aquel que se pueda regresar a sus condiciones iniciales.
4. ENUNCIADO DE LA SEGUNDA LEY DE TERMODINAMICA
  1. REPLANTEAMIENTO DE LA SEGUNDA LEY
    1. “Es imposible que un proceso tenga como único resultado la transferencia de calor de un cuerpo más frío a uno más caliente.”
  2. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
    1. Kelvin–Planck: “Es imposible que un sistema efectúe un proceso en el que absorba calor de una fuente de temperatura uniforme y lo convierta totalmente en trabajo mecánico, terminando en el mismo estado en que inició.”
5. MAQUINA REFRIGERADORA, BOMBA DE CALOR Y COP
  1. BOMBA DE CALOR
    1. dispositivo mecánico usado en la calefacción y refrigeración de casas y edificios.
  2. REFRIGERADORES
    1. hace lo contrario, toma calor de un lugar frio y lo cede a un lugar caliente.
  3. BOMBA DE CALOR
    1. dispositivo mecánico usado en la calefacción y refrigeración de casas y edificios.
  4. REFRIGERADORES
    1. hace lo contrario, toma calor de un lugar frio y lo cede a un lugar caliente.
6. MAQUINAS TERMICAS Y EFICIENCIA
  1. PARA ANALIZAR LA MAQUINA
    1. FUENTE FRIA
      1. puede absorber grandes cantidades de desechado por la maquina a una temperatura constante.
    2. FUENTE CALIENTE
      1. puede dar a la sustancia de trabajo grandes cantidades de calor a temperatura constante.
  2. MAQUINAS TERMICAS
    1. dispositivo que transforma calor parcial en trabajo o energía mecánica o dispositivo que toma energía por calor.
  3. PARA ANALIZAR LA MAQUINA
    1. FUENTE FRIA
      1. puede absorber grandes cantidades de desechado por la maquina a una temperatura constante.
    2. FUENTE CALIENTE
      1. puede dar a la sustancia de trabajo grandes cantidades de calor a temperatura constante.
  4. MAQUINAS TERMICAS
    1. dispositivo que transforma calor parcial en trabajo o energía mecánica o dispositivo que toma energía por calor.
7. DEFINICION
  1. SUMIDERO
    1. reservorio que absorbe energía en forma de calor
  2. FUENTE
    1. deposito que suministra energía en forma de calor.
  3. FOCO TERMICO
    1. sistema que puede entregar y/o recibir calor sin cambiar su temperatura.
  4. SUMIDERO
    1. reservorio que absorbe energía en forma de calor
  5. FUENTE
    1. deposito que suministra energía en forma de calor.
  6. FOCO TERMICO
    1. sistema que puede entregar y/o recibir calor sin cambiar su temperatura.

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