Termo

Depto. Máquinas y Motores Térmicos TERMOTÉCNIA

TEMA 1: ANÁLISIS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS

Desarrollo del tema: 1.1 Introducción: Conceptos y definiciones 1.2 Transferencia de trabajo y calor en sistemas cerrados: Procesos politrópicos 1.3 Ecuaciones de balance de masa y energía en sistemas abiertos 1.3.1Toberas y difusores 1.3.2 Turbinas 1.3.3 Compresores y bombas 1.3.4 Dispositivos deestrangulación 1.4 Ecuaciones del balance de entropía 1.5 Rendimientos isoentrópicos

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TEMA 1: ANÁLISIS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS

1.1 Introducción: Conceptos y definiciones
Magnitud: Aspecto medible de un sistema. Ej.: Temperatura, presión, trabajo, energía interna… Propiedad: Cualquier característica de un sistema. Ej.: Volumen, densidadVariables: Valor de las propiedades del sistema Variables extensivas o absolutas: su valor es acumulable en el sistema, se nombran con letra mayúscula. V[m 3]

Intensivas o relativas: su valor no es acumulable, se nombran con letra minúscula. v[m3/kg], p[Pa], T[K], w[kJ/kg]

 Variables de flujo : transferencia de la propiedad en el tiempo, se nombra con letra mayúscula y punto. V
Variables deestado: Valor de las propiedades del sistema. Para un gas: p, T, v, V, R, m, u, U, h, H, s, S.

[m 3/s]

Existe una relación entre ellas de forma que se pueden calcular a partir del valor de tres (absolutas) o dos (intensivas) de ellas. Ej.: p = (R/M) · T / v; u = cv · T, h = cp · T, s = q / T ….

Variables de proceso: Son aquellas que sólo existen durante el proceso entre dos estados, su valordepende del tipo de proceso, transformándose al final en variables de estado. q = Q/m [kJ/kg] y w = W/m [kJ/kg]

Proceso: Evolución de un sistema para pasar de un estado a otro intercambiando variables.

Ciclo: Secuencia de procesos mediante los cuales el sistema vuelve al estado del que partió. Las variables de estado serán idénticas a las de partida y las variables de proceso no deben sernecesariamente nulas.

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TEMA 1: ANÁLISIS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS

1.1 Introducción: Conceptos y definiciones
CONCEPTO DE TRABAJO Energía = Capacidad de producir Trabajo: * Trabajo interno - Realizado entre las partes del sistema * Trabajo externo - Interacción del sistema con el exterior Trabajo mecánico 
CONVENIO DE SIGNOS: • W > 0 trabajo aportado por el sistema (sale energía) • W < 0  trabajo hecho sobre

el sistema (entra energía)

W   F ( x)  dx
x1

x2

Trabajo mecánico y energía cinética Trabajo mecánico y energía potencial



x2

x1

1 2 F x   dx   m  C  dC  m  C2  C12 C1 2
C2





 Rdz   mgdz  m  g  ( z
x2

2

 z1 )

Trabajo por variación de volumen de un gasTrabajo realizado en los procesos de compresión y expansión.

W   F ( x)  dx
x1

x2

F x   p  S

W   p  S  dx  
x1

V2

V1

p  dV

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TEMA 1: ANÁLISIS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS

1.1 Introducción: Conceptos y definiciones
CONCEPTO DE CALOR

CALOR  Transferencia de energía con variación de temperatura.
 En unsistema no adiabático se define el calor como:

Q  U 2  U1  W

CONVENIO DE SIGNOS: • Q > 0  calor aportado al sistema (entra energía) • Q < 0  calor evacuado por

Primer principio:

U  Q  W  m·cV ·T

el sistema (sale energía)

 Al igual que el trabajo el calor es una energía en tránsito, pierde identidad una vez que entra o sale del sistema.  Se intercambia a través de lasparedes de un sistema cerrado, cuando exista una diferencia de temperaturas entre el sistema y el medio con el que se intercambia.  La transferencia de calor se realiza en dirección de temperaturas decreciente.  Si el sistema no intercambia calor, estando a distinta temperatura que el exterior, se denomina Adiabático.  En los procesos de cambio de fase, la temperatura permanece constante durante...