Termodinamica aplicada, apuntes

Termodinámica Aplicada

PROF.: M.C. ROSEMBER OVANDO CASTELAR

OBJETIVO GENERAL DEL CURSO:

Conocer e interpretar los fundamentos básicos de la Termodinámica para su aplicación práctica en la industria.

Contenido del Programa

1. Introducción 1
1.1. Plantas de energía de vapor 3
1.2. Motores de combustión interna 7
1.2.1. El ciclo Otto 7
1.2.2. El motor Diesel 91.2.3. Motor a gasolina versus motor Diesel 10
1.3. Conversión directa de energía 10
1.4. Plantas de energía geotérmica 14
1.5. Energía solar 16
2. Definiciones y Unidades 20
2.1. Sistemas cerrados y abiertos 20
2.2. Propiedades intensivas y extensivas 21
2.3. Fases de una sustancia 22
2.3.1. Equilibrio 24
2.3.2. Regla de las fases 24
2.4. Procesos y ciclos 252.4.1. Ciclos termodinámicos 26
2.5. Fuerza y masa. 27
2.5.1. Unidades de fuerza 27
2.5.2. Unidades de masa 29
2.5.3. El sistema métrico de unidades (SI) 29
2.5.4. Conversión de unidades 31
2.5.5. Múltiplos y submúltiplos 31
2.5.6. Temperatura 31
2.5.7. Cantidades derivadas 32
2.6. Igualdad de temperatura 34
2.7. Ley cero de la Termodinámica 34
2.8.Escalas de temperaturas 34
2.9. Energía 36
2.9.1. Energía Potencial 36
2.9.2. Energía Cinética 36
2.9.3. Energía Interna 36
2.9.4. Energías en Tránsito (Calor y Trabajo) 37
2.9.5. Entropía. 41
3. Ecuaciones de Estado 42
3.1. Ecuación de estado del gas ideal 42
3.1.1. Ley de Boyle 42
3.1.2. Ley de Charles 43
3.1.3. La ecuación del gas ideal 45
3.1.4.Ecuación de Van der Waals 47
3.1.5. Ley de Avogadro 48
3.1.6. Ley de Dalton 48
3.2. Ecuación de estado de los gases reales 49
3.3. Diagramas de representación de propiedades. 52
3.3.1. Diagramas de fases de las sustancias puras: 52
3.3.2. Diagramas P-V 55
3.3.3. Diagramas TS 56
3.3.4. Diagramas H-S 57
3.4. Calor Específico 59
3.4.1. Capacidadescaloríficas de gases 60
3.4.2. Capacidades caloríficas de líquidos y sólidos 62
3.4.3. Problema de 1 punto extra en calificación de la tarea 62
4. Primera Ley de la Termodinámica 64
4.1. Conservación de la masa y la energía 64
4.2. Formas de energía 66
4.3. Primera Ley de la Termodinámica para Sistemas Cerrados 67
4.4. Tablas de Vapor 68
4.5. Problemas – Sistemas Cerrados 704.5.1. Procesos Isocóricos 70
4.5.2. Procesos Isobáricos 70
4.5.3. Relación [pic] y [pic] para el gas ideal 71
4.5.4. Procesos Isotérmicos 72
4.5.5. Procesos Adiabáticos 72
4.5.6. Procesos Politrópicos 75
4.6. Segundo corolario de la primera ley – Sistemas abiertos 76
4.6.1. Compresores y Expansores: Régimen Permanente 77
4.6.2. Dispositivos de estrangulación:Régimen Permanente 78
4.6.3. Toberas: Régimen Permanente 78
4.6.4. Problemas – Sistemas Abiertos 79
5. Segunda Ley de la Termodinámica 80
5.1. Segunda Ley de la Termodinámica 80
5.2. Segunda ley para el caso de un ciclo 81
5.3. Ciclo de Carnot 82
5.4. Máquina de Carnot 83
5.4.1. El ciclo de Carnot para un gas ideal 84
5.5. Presión media efectiva (MEP) 89
6. Terceraley de la Termodinámica. Entropía 91
6.1. Deducción de entropía 91
6.2. Cálculo de entropía en el caso de gases ideales 92
Problemas: 93
6.3. Principio del aumento de Entropía: Enunciado matemático de la segunda Ley 94
6.4. Desigualdad de Clausius 95
6.5. Tercera ley de la termodinámica y entropía de una sustancia pura. 95
6.6. Consideraciones Prácticas en Máquinas Térmicas96
6.7. El ciclo Rankine 97
6.8. 6.8 Mejoras al ciclo Rankine 99
7. Aplicaciones de la Termodinámica en el Ahorro de Energía 99
7.1. Calderas 99
7.2. Edificaciones 99
7.3. Motores de combustión interna 99
Bibliografía 100

Índice de Figuras
Diagrama esquemático de una planta generadora de vapor 4
Fotografía de una turbina y un generador de la UEM 5
Fotografía de los álabes...