Introducción a la termodinámica

TERMODINAMICA
1 INTRODUCCIÓN
Durante este curso de termodinámica se trataran un sin número de ejemplos y problemas en donde se presenten procesos que se dan en equipos tales como: plantas de potencia de vapor, celdas de combustible, sistemas de refrigeración por compresión, torres de enfriamiento, turbinas de gas, entre otros.

Turbina Generador

Condensado Bomba

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEUNA PLANTA DE POTENCIA DE VAPOR.

2

QH

Condensador

Válvula de expansión Compresor

Evaporador

QL
DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN
y
Regenerador

4 QIN 2 x
Combustor

3

1

Compresor

Turbina

DIAGRAMA ESQUEMATICO DE UN CICLO DE REFRIGERACION DE AIREESTANDAR PARA UNA TURBINA DE GAS

3


Tanque de oxidación

Tanque decombustible

Planta auxiliar de potencia

Bomba

Bomba

Placa de inyección

Cámara de combustión

Tobera

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO SIMPLIFICADO DE UN MOTOR DE COHETE A PROPULSIÓN DE LIQUIDO

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Dimensiones y Unidades Sistema Internacional SI
Cantidad física Masa Longitud Tiempo Temperatura Corriente eléctrica Intensidad luminosa Cantidad de sustancia Unidad y simbolo Kilogramo (kg) Metro(m) Segundo (s) Kelvin (K) Ampere (A) Candela (cd) Mole (mol) Unidades secundarias: Fuerza: F = ma
F = 1kg m ; s2 Presión: F P= A 1N = 1kg m s2

P=

N ; m2

[1Pa ]

kg ⋅ m kg ⇒ 2 ⇒ 1Pa 2 2 s ⋅m s ⋅m

g = 9.807 m s 2

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Ejemplo:
W = 150 N g = 9.60 m s 2 a ). − m = ? b). − W → g = 1.67 m s 2 = ? a)

W = mg W m= g 150 N m= 9.60 m s 2 m = 15.625kg

b)

W = mg W = 16.625kg ⋅ 1.67 ms 2

Sistema Ingles
Cantidad física Masa Longitud Tiempo Temperatura Fuerza Unidad y simbolo Libra masa (lbm) pie (ft) Segundo (s) Rankine (ºR) Libra fuerza (lbf)

1lb f = 32.174

lbm ⋅ ft s2

Sistema termodinámico: es una región tridimensional de espacio o una cantidad de materia limitada por una superficie arbitraria.

7



Limites

Sistema

Alrededores

Sistema y susalrededores

El análisis termodinámico da principio con una selección del sistema sus límites y sus alrededores.

Limites del volumen V.C.

Tubo

(a)

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Apuntes de Termodinámica I

Universidad de Guanajuato

Peso Pistón

W

Limites de la masa de control

(b) Limites de dos sistemas típicos termodinámicos: (a) flujo en tubo. (b) Pistón-cilindro. Sistema cerrado (masa decontrol): es un sistema en donde no hay cruce de masa por los límites. Aunque la cantidad de materia es fijada en un sistema cerrado, la energía si cruza por los límites, la materia también puede cambiar en composición química dentro de los

alrededores. Cuando no se da un cruce tanto de energía como de masa, el sistema se conoce como sistema aislado. En un sistema se pueden encontrar varias fases:

9Apuntes de Termodinámica I

Universidad de Guanajuato

Fase: cantidad de materia que es homogénea en su estructura física y composición química. Gas

Liquido

Domo de generador de vapor

Sustancia: es la que tiene una estructura química (atómica o molecular simple) Los sistemas son descritos por sus propiedades. Propiedad: es una característica del sistema y su valor esindependiente de la historia del sistema. Propiedades intensivas: T , P, ρ , e, v , etc (no dependen del tamaño y masa del sistema). Propiedades extensivas: V , E , Qc (dependen de la masa del sistema).

e=

E ⇒ propiedad especifica (energía especifica). m

Estado: es la condición del sistema descrito por los valores de sus propiedades, las cuales solo se definen cuando el sistema esta en equilibrio.10

Apuntes de Termodinámica I

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Equilibrio termodinámico: es cuando el sistema no es capaz de experimentar un cambio espontáneo finito sin un cambio finito en el estado de sus alrededores. Equilibrio Térmico: T sea uniforme en todo el sistema. Proceso es un cambio en un sistema de un estado de equilibrio a otro. Trayectoria de un proceso: se refiere a las...