Introduccion a la termodinamica

INTRODUCCIÓN

Al ingeniero químico le corresponde en su perfil ocupacional, el análisis, el estudio, la investigación y la aplicación de los principios físicos, químicos y biológicos que brinda la naturaleza, con el fin de diseñar, simular, controlar y optimizar procesos fisicoquímicos de plantas químicas para el fin de obtener productos valiosos a partir de materias primas en armonía con laconservación de los recursos naturales y el medio ambiente. Para ello dispone principalmente de los siguientes principios y leyes fundamentales:

Principio de la conservación de la materia (balance de materia)
Principio de la conservación de la energía (balance de energía) o primera ley de la Termodinámica
Principio del incremento de la entropía (balance de entropía) o segunda ley de laTermodinámica
Análisis exergético (balance de exergía)
Principio del Equilibrio de fases y equilibrio químico (balance de potenciales químicos)
Principio de la Conservación de la cantidad de movimiento (segunda ley de Newton)
Leyes de la cinética química
Correlaciones Empíricas y modelos matemáticos,
Principios de control, regulación y simulación de procesos.

La aplicación de estos principiosestá sujeta a restricciones técnicas, sociales, económicas, ambientales, éticas, jurídicas y morales.

Estos principios forman los marcos conceptuales de las áreas más importantes en la ingeniería química como son la Termodinámica, los Fenómenos de Transporte y la Cinética Química.

La Termodinámica es la ciencia que estudia la energía, sus transformaciones y las propiedades involucradas endichas transformaciones y es una de las áreas del conocimiento más importante dentro de la formación y capacitación del profesional de la ingeniería química, ya que juega un papel preponderante en la interpretación, análisis, diseño y simulación de procesos químicos (reactores químicos) y procesos de separación (operaciones unitarias) tales como absorción, destilación, secado, evaporación,extracción líquida, lixiviación, etc.

Debido a esta importancia, el objetivo de este trabajo es brindar a los estudiantes y docentes de ingeniería química, una herramienta a la mano y de fácil comprensión de los principios y fundamentos del área de la Termodinámica del Equilibrio. Para un mejor entendimiento y comprensión de los temas de este trabajo, el lector debe conocer e interpretar los fundamentosy principios de la Fisicoquímica y de la Termodinámica Básica.

1. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

1. Principio de la Conservación de la materia.

El principio de la conservación de la materia establece que la materia no se crea ni se destruye sino que se transforma. Para fluidos en procesos de flujo este principio se expresa mediante la ecuación de continuidad. La ecuación de continuidad deun elemento de volumen de control está dada por:

= - -

Considerando que entran NCE corrientes y salen NCS corrientes de flujo másico, la ecuación de continuidad queda expresada por:

[pic] (1-1)

donde [pic], es el flujo másico, Ak es el área de flujo, uk es la velocidad media y vk es el volumen específico de la corriente k.

Siel proceso ocurre a estado estacionario, el término de acumulación de materia en el volumen de control es cero y la ecuación de continuidad se convierte en:

[pic]

2. Principio de la conservación de la cantidad de movimiento.

El principio de la conservación de la cantidad de movimiento representa también la segunda ley de Newton y establece que:=

Con la aplicación de este principio a un elemento de volumen diferencial se obtiene la siguiente ecuación de variación de la cantidad de movimiento en forma vectorial(:

[pic]

El término de la izquierda es la derivada sustancial del vector velocidad v con respecto al tiempo y representa la acumulación de cantidad de movimiento debido a la aceleración...