EXPOSICIÓN DE EXPOSICIÓN DE TERMODINÁMICATERMODINÁMICA

CONCEPTOS BASICOS:CONCEPTOS BASICOS:Termodinámica, campo de la física Termodinámica, campo de la física que describe y relaciona las que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos. como sus intercambios energéticos. Los principios de la termodinámica Los principios de la termodinámica tienen una importancia fundamental tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.la ingeniería.

Sistema MacroscópicoSistema Macroscópico

Un concepto esencial de la termodinámica Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema es el de sistema macroscópicomacroscópico, que se , que se define como un conjunto de materia que se define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico se estado de un sistema macroscópico se puede describir mediante propiedades puede describir mediante propiedades medibles como la medibles como la temperatura, la presión o temperatura, la presión o el volumenel volumen, que se conocen como variables , que se conocen como variables de estadode estado

LAS LEYES DE LA LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICATERMODINÁMICA

Las leyes o principios de la termodinámica, Las leyes o principios de la termodinámica, descubiertos en el siglo XIX a través de descubiertos en el siglo XIX a través de meticulosos experimentos, determinan la meticulosos experimentos, determinan la naturaleza y los límites de todos los procesos naturaleza y los límites de todos los procesos termodinámicos las cuales sontermodinámicos las cuales son

primer principio de la termodinámica- el calor-primer principio de la termodinámica- el calor- segundo principio de la termodinámica- segundo principio de la termodinámica-

entropía-entropía- tercer principio de la termodinámica -cero tercer principio de la termodinámica -cero

absoluto-absoluto-

Primera LeyPrimera Ley

Conceptos:Conceptos:

La primera ley de la termodinámica da una La primera ley de la termodinámica da una definición precisa del calor, otro concepto definición precisa del calor, otro concepto de uso corriente.de uso corriente.

Cuando un sistema se pone en contacto con Cuando un sistema se pone en contacto con otro más frío que él, tiene lugar un otro más frío que él, tiene lugar un proceso de igualación de las temperaturas proceso de igualación de las temperaturas de ambosde ambos

Características:Características:♠ El primer principio de la termodinámica El primer principio de la termodinámica

identifica el identifica el calóricocalórico, o calor, como una , o calor, como una forma de energía. Se puede convertir en forma de energía. Se puede convertir en trabajo mecánico y almacenarse, pero no es trabajo mecánico y almacenarse, pero no es una sustancia material. Experimentalmente una sustancia material. Experimentalmente se demostró que el calor, que originalmente se demostró que el calor, que originalmente se medía en unidades llamadas calorías, y se medía en unidades llamadas calorías, y el trabajo o energía, medidos en el trabajo o energía, medidos en julios,julios, eran eran completamente equivalentes.completamente equivalentes.

Una Una caloríacaloría equivale a 4,186 equivale a 4,186 julios.julios.

♠ La primera ley de la termodinámica La primera ley de la termodinámica es un enunciado de la ley mas es un enunciado de la ley mas general de conservación de la general de conservación de la energía.energía.

El calor adsorbido por un sistema es El calor adsorbido por un sistema es igual al trabajo realizado por el igual al trabajo realizado por el sistema mas el aumento de energía sistema mas el aumento de energía interna.interna.

Q = T + U Q = T + U T= Trabajo realizadoT= Trabajo realizado

U= energía internaU= energía interna

PROCESOS TERMICOS PROCESOS TERMICOS CIENTIFICOSCIENTIFICOS PP

Proceso isobaricoProceso isobarico: es el que se : es el que se trabajo realizadotrabajo realizado

realiza a presión constanterealiza a presión constante PP

Q = Q = P( Vf – Vi) + P( Vf – Vi) + UU

vi vf V vi vf V

Proceso isocoro: Proceso isocoro: es el que se es el que se PP

realiza a volumen constante realiza a volumen constante

En el proceso isocoro no se En el proceso isocoro no se PfPf --------- --------- ff

realiza trabajo, el área bajo la realiza trabajo, el área bajo la trabajo realizadotrabajo realizado

fuerza es cerofuerza es cero PiPi --------- --------- ii

Q = Q = UU

VV

vv

Proceso isotérmico : Proceso isotérmico : es el que se realiza es el que se realiza a temperatura a temperatura constanteconstante

Q = TQ = T

Procesos adiabático: es Procesos adiabático: es el que se realizan sin el que se realizan sin que hay intercambio que hay intercambio de calor entre el de calor entre el sistema y el ambientesistema y el ambiente

el sistema no adsorbe ni el sistema no adsorbe ni sede calorsede calor..

0 = T + V0 = T + V

PP

Pi ------Pi ------

Pf ----------------Pf ----------------

VV Vi Vf Vi Vf

P P

PiPi

Pf Pf

vi vfvi vf

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICASEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

La entropía puede considerarse como una medida de lo La entropía puede considerarse como una medida de lo próximo o no que se halla un sistema al equilibrio; también próximo o no que se halla un sistema al equilibrio; también puede considerarse como una medida del desorden puede considerarse como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema. (espacial y térmico) del sistema.

La segunda ley afirma que la entropía, o sea, el desorden, La segunda ley afirma que la entropía, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. de un sistema aislado nunca puede decrecer.

sistema aislado alcanza una configuración de máxima sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios entropía, ya no puede experimentar cambios

((ha alcanzado el equilibrio). ).

Segundo principio implica que, si no se realiza Segundo principio implica que, si no se realiza trabajo, es imposible transferir calor desde una trabajo, es imposible transferir calor desde una región de temperatura más baja a una región de región de temperatura más baja a una región de temperatura más alta.temperatura más alta.

Entropía: Es una función del estado del sistema, ya que tiene un valor único para cada estado, independiente de cómo el sistema llego a dicho estado.

• S: entropíaS: entropía• Q: intercambio de energía térmicaQ: intercambio de energía térmica

S = Q/T

• T: temperatura a la que se registra el T: temperatura a la que se registra el intercambio de energía térmica .intercambio de energía térmica .

La expresión La expresión permite el cálculo de variaciones pero permite el cálculo de variaciones pero no el conocimiento de valores absolutosno el conocimiento de valores absolutos..

La variación entrópica en cualquier S T D y su La variación entrópica en cualquier S T D y su ambiente considerado conjuntamente es ambiente considerado conjuntamente es positiva, tendiendo a cero en los procesos positiva, tendiendo a cero en los procesos reversibles.reversibles.

S Total 0 (proceso irreversible)

S = 0 (proceso reversible)

TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICATERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

El segundo principio sugiere la existencia de una escala de El segundo principio sugiere la existencia de una escala de

temperatura absoluta con un temperatura absoluta con un cero absolutocero absoluto de de temperatura. temperatura.

Afirma que Afirma que el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún procedimiento que conste de un número finito de pasosprocedimiento que conste de un número finito de pasos. .

Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a él. En el cero absoluto nunca se puede llegar a él. En el cero absoluto el el sistema sistema tiene la mínima energía posibletiene la mínima energía posible (cinética más (cinética más potencial).potencial).

Cero absolutoCero absolutoEs la menor temperatura Es la menor temperatura

teóricamente posible. El teóricamente posible. El cero absoluto corresponde cero absoluto corresponde a -273,15 ºC, o cero en la a -273,15 ºC, o cero en la escala termodinámica o escala termodinámica o Kelvin (0 K).Kelvin (0 K).

surgió por vez primera en surgió por vez primera en relación con experimentos relación con experimentos con gases; cuando se con gases; cuando se enfría un gas sin variar su enfría un gas sin variar su volumen, su presión volumen, su presión decrece con la decrece con la temperatura. temperatura.

Ejercicios de conversión de escalas térmicasEjercicios de conversión de escalas térmicas

78ºC 78ºC OOF F O O KK

  OOF = 9/5 F = 9/5 O O C + 32 165º F C + 32 165º F O O C C

= 9/5 78 + 32 = 9/5 78 + 32

= 140.4 + 32 = 140.4 + 32 O O C = 5/9 (C = 5/9 (O O F - 32)F - 32)

= 1= 172.4º F72.4º F. = 5/9 (165 - 32). = 5/9 (165 - 32)

= 5/9 133 = 5/9 133 O O K = K = O O C + 273C + 273 = 73.8º C= 73.8º C

= 78 + 273= 78 + 273

= = 351º K 351º K

Unidades térmicas Británicas. – BTUUnidades térmicas Británicas. – BTU Conversiones equivalentes al BTU.Conversiones equivalentes al BTU.

• 1 Joules = 0.09478 BTU.1 Joules = 0.09478 BTU.• 1 kilogramo fuerza = 0.009295 BTU.1 kilogramo fuerza = 0.009295 BTU.

• 1 pie libra fuerza = 0.001285 BTU.1 pie libra fuerza = 0.001285 BTU.• 1 caballo de potencia / horas = 2544 BTU.1 caballo de potencia / horas = 2544 BTU.

• Litro- atmósferas = 0.09604 BTU.Litro- atmósferas = 0.09604 BTU.• 1 kilocalorías = 3.968 BTU.1 kilocalorías = 3.968 BTU.

• 1 Kcal. = 1.000 calorías (cal). 1 Kcal. = 4.187 Julio (J)1 Kcal. = 1.000 calorías (cal). 1 Kcal. = 4.187 Julio (J)• Los anglosajones utilizan como unidad la B.T.U. (British Thermal Los anglosajones utilizan como unidad la B.T.U. (British Thermal

Unit) y Equivale a 0,252 Kcal.Unit) y Equivale a 0,252 Kcal.

1 BTU = 1055 Joules1 BTU = 1055 Joules

Diagrama De Mollier De Propiedades Del Diagrama De Mollier De Propiedades Del AguaAgua

Y Vapor De AguaY Vapor De Agua . .o Aspectos generales de diagrama de Mollier:Aspectos generales de diagrama de Mollier:

representación representación H-SH-S, zonas principales en el diagrama, , zonas principales en el diagrama, rectas de condensación. rectas de condensación.

o Uso práctico de diagrama de Mollier:Uso práctico de diagrama de Mollier: como utilizar el como utilizar el diagrama en el caso de las evoluciones más usuales. diagrama en el caso de las evoluciones más usuales.

o Tablas de vapor y su uso:Tablas de vapor y su uso: presentación general de las presentación general de las

tablas. Uso de ellas en casos típicos de ciclos de vapor.tablas. Uso de ellas en casos típicos de ciclos de vapor.

DIAGRAMA DE MOLLIER.DIAGRAMA DE MOLLIER.

Aspectos generales:Aspectos generales:

En la figura se ilustra el diagrama de Mollier en En la figura se ilustra el diagrama de Mollier en general. Al usar los ejes general. Al usar los ejes H-SH-S se tiene la enorme ventaja se tiene la enorme ventaja de que es sencillo poder determinar los intercambios de que es sencillo poder determinar los intercambios de calor y trabajo para casi cualquier evolución. Basta de calor y trabajo para casi cualquier evolución. Basta aplicar el primer principio. En efecto: aplicar el primer principio. En efecto:

H = H = Q - Q - WWtectec

Si la evolución es adiabática, la variación de entalpía Si la evolución es adiabática, la variación de entalpía da directamente el trabajo técnico realizado. Además da directamente el trabajo técnico realizado. Además si la evolución es sin roce, será una isentrópica si la evolución es sin roce, será una isentrópica (vertical). (vertical).

Zona de campana de cambio de fase:Zona de campana de cambio de fase:

Dentro de la campana de cambio de fase se debe tener claro Dentro de la campana de cambio de fase se debe tener claro que las isotermas y las isóbaras se confunden en una línea que las isotermas y las isóbaras se confunden en una línea única que llamamos rectas de condensación.única que llamamos rectas de condensación.

Zona de vapor sobrecalentado:Zona de vapor sobrecalentado: En esta zona se separan las isóbaras de las isotérmicas. En esta zona se separan las isóbaras de las isotérmicas.

Además de la información obvia que se extrae Además de la información obvia que se extrae directamente del diagrama (Entalpía y Entropía en un directamente del diagrama (Entalpía y Entropía en un punto), se puede además obtener información adicional. punto), se puede además obtener información adicional.

Línea De Saturación;Línea De Saturación; (borde de (borde de la campana de cambio de fase) la campana de cambio de fase) es una línea de importancia. es una línea de importancia. Separa la zona de Separa la zona de líquido líquido saturadosaturado de la zona de de la zona de vapor vapor sobrecalentado.sobrecalentado. Dentro de la Dentro de la campana de cambio de fase las campana de cambio de fase las isóbaras se confunden con las isóbaras se confunden con las isotermas.isotermas.

Es decir si la condensación es a Es decir si la condensación es a presión constante, también presión constante, también será a temperatura constante. será a temperatura constante. Una propiedad importante de Una propiedad importante de estas líneas de condensación estas líneas de condensación es que son es que son rectasrectas. .

CRIOGENIACRIOGENIA

Estudio y utilización de materiales a temperaturas muy Estudio y utilización de materiales a temperaturas muy bajas. No se ha acordado un límite superior para las bajas. No se ha acordado un límite superior para las temperaturas criogénicas, pero el Instituto Nacional de temperaturas criogénicas, pero el Instituto Nacional de Modelos y Tecnología de Estados Unidos ha sugerido que Modelos y Tecnología de Estados Unidos ha sugerido que se aplique el término ‘se aplique el término ‘criogeniacriogenia’ para todas las ’ para todas las temperaturas inferiores a -150 °C (123 K). temperaturas inferiores a -150 °C (123 K).

Algunos científicos consideran el punto de ebullición Algunos científicos consideran el punto de ebullición normal del oxígeno (-183 °C) como límite superior. Las normal del oxígeno (-183 °C) como límite superior. Las temperaturas criogénicas se obtienen por la evaporación temperaturas criogénicas se obtienen por la evaporación rápida de líquidos volátiles o por la expansión de gases rápida de líquidos volátiles o por la expansión de gases confinados a presiones de entre 150 a 200 atmósferas.confinados a presiones de entre 150 a 200 atmósferas.

CRIOGENIACRIOGENIA

Nitrógeno líquidoNitrógeno líquido El nitrógeno líquido se vierte como agua El nitrógeno líquido se vierte como agua para enfriar un dispositivo electrónico a 77 K (-196 °C). para enfriar un dispositivo electrónico a 77 K (-196 °C). Se produce por licuación del aire y se emplea como Se produce por licuación del aire y se emplea como refrigerante criogénico de bajo costo. Puede refrigerante criogénico de bajo costo. Puede almacenarse durante periodos prolongados en almacenarse durante periodos prolongados en recipientes especiales recipientes especiales

Aplicaciones de la criogenia.Aplicaciones de la criogenia. producción a gran escala de oxígeno producción a gran escala de oxígeno

y nitrógeno a partir del airey nitrógeno a partir del aire en motores de cohetesen motores de cohetes en los altos hornosen los altos hornos en sopletes de corte y soldadura en sopletes de corte y soldadura la respiración en naves espaciales y la respiración en naves espaciales y

submarinossubmarinos

El nitrógenoEl nitrógeno se emplea en la se emplea en la producción de amoníaco para producción de amoníaco para fertilizantes o en la preparación de fertilizantes o en la preparación de alimentos congelados que se enfrían alimentos congelados que se enfrían con suficiente rapidez para impedir con suficiente rapidez para impedir que se destruyan los tejidos celularesque se destruyan los tejidos celulares

INTRODUCCION DE CALDERAS.INTRODUCCION DE CALDERAS.

PARTES DE LA CALDERA DEL TREN.PARTES DE LA CALDERA DEL TREN.

1. hogar: donde se le adiciona el combustible a la maquina ya sea 1. hogar: donde se le adiciona el combustible a la maquina ya sea carbón bituminoso o acpm.carbón bituminoso o acpm.

Cenicero que es el depósito de residuos de carbón.Cenicero que es el depósito de residuos de carbón.

2. cañón: es donde va toda la tubería del tren2. cañón: es donde va toda la tubería del tren

3. caja de humo: donde se produce el calor y la revaporización del 3. caja de humo: donde se produce el calor y la revaporización del agua.agua.

4. tende: donde almacenan el carbón y el agua.4. tende: donde almacenan el carbón y el agua.

Características de la Características de la maquinaria.maquinaria.

Tubería de 2 pulg donde Tubería de 2 pulg donde se produce la elevación se produce la elevación de temperatura para la de temperatura para la calefacción.calefacción.

Tubería de recubrimiento; Tubería de recubrimiento; esta es utilizada para el esta es utilizada para el secado de vapor.secado de vapor.

Compresor a vapor para Compresor a vapor para producir aire y asi poder producir aire y asi poder frenar el tren.frenar el tren.

Las palancas del hogar Las palancas del hogar tiene en su interior para tiene en su interior para evitar que se fundan por evitar que se fundan por la temperatura.la temperatura.

Inyector para depositar Inyector para depositar agua y recuperar la que agua y recuperar la que se pierde durante el se pierde durante el funcionamiento de la funcionamiento de la maquina.maquina.

Domo: permite Domo: permite distribución de vapor a distribución de vapor a los cilindroslos cilindrosCilindros de potencia: Cilindros de potencia:

sale el pistón sale el pistón (movimiento de pistón)(movimiento de pistón)

Generador de corriente Generador de corriente continúa para electricidad continúa para electricidad de faroles.de faroles.100 kilos de carbón100 kilos de carbónTemperatura del hogar Temperatura del hogar

1200 – 1400ºC (pto. 1200 – 1400ºC (pto. Fusión del acero)Fusión del acero)

Manómetros trabajan Manómetros trabajan a 150 libras * pulg a 150 libras * pulg cuadrada (presión).cuadrada (presión).

Fin de la Fin de la presentación presentación gracias por su gracias por su

AtenciónAtención