TERMODINAMICA

TRABAJO COLABORATIVO 2

SCHIRLEY ANDREA OROZCO PACHECO

CODIGO: 28061187

MARTHA CONCEPCION VALBUENA RAMIREZ

CODIGO: 30024775

TUTOR: RUBEN DARIO MUNERA TANGARIFE

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

UNAD

2014

INTRODUCCION

Este trabajo nos permitió trabajar con la segunda Ley de la Termodinámica, Los ciclos Termodinámicas y las Aplicaciones Termodinámicas lo cual afirma que los procesos suceden en cierta dirección y que la energía tiene calidad así como cantidad.

La segunda ley Termodinámica es una de las leyes más importantes de la física; aun pudiéndose formular de muchas maneras todas llevan a la explicación del concepto de irreversibilidad y al de entropía.

De igual forma determinaremos que un proceso no es posible a menos que satisfaga tanto la primera como la segunda leyes de la termodinámica.

OBJETIVOS

Objetivo General

Aplicar de manera práctica los conceptos expuestos por la segunda ley de la termodinámica y conocer sus aplicaciones en un sistema.

Objetivos específicos

Determinar el cambio de entropía en sistemas termodinámicos.

Determinar el proceso a que está siendo sometido un sistema

Identificar el proceso cíclico en un sistema termodinámico

Conocer cada uno de los temarios que hacen parte de la Segunda Ley de la Termodinámica.

Comprender paso a paso el desarrollo de las diferentes aplicaciones que se presentan en la Segunda Ley de la Termodinámica.

SISTEMA TERMODINAMICO

PARA EL MISMO SISTEMA TERMODINÁMICO QUE ENTREGÓ EN EL TRABAJO DE LA UNIDAD UNO, DE ACUERDO CON EL TIPO DE PROCESO A QUE ESTÁ SIENDO SOMETIDO (ISOTÉRMICO, ISOBÁRICO, ISOCÓRICO O ADIABÁTICO), DETERMINE EL CAMBIO DE ENTROPÍA, EN DONDE SE MUESTRE CLARAMENTE EL PROCEDIMIENTO UTILIZADO.

SISTEMA CERRADO O MASA DE CONTROL

Consiste en una cantidad fija de masa que de ella puede cruzar su frontera, ninguna masa puede encontrar o abandonar un sistema cerrado pero la energía en forma de calor o trabajo puede cruzar la frontera y el volumen de un sistema cerrado no tiene que ser fijo.   

Un sistema cerrado es aquel que solo utiliza sus propios recursos. En un sistema cerrado solo se puede generar trabajo, a costa de las inhomogeneidades del sistema. Una vez consumida las concentraciones el sistema llega al punto medio, con entropíamáxima, y ya no se puede obtener trabajo útil.

Ejemplos de sistemas cerrados: UNA OLLA A PRESIÓN que no permita el escape de gases, en el laboratorio un reactor.

Puede intercambiar energía pero no materia con su entorno. Por ejemplo en una olla a presión con la válvula cerrada no hay intercambio de materia con el exterior, pero sí de energía, ya que el fogón de la cocina calienta la olla y el interior.

TIPO DE PROCESO AL QUE ESTA SIENDO SOMETIDO

UN PROCESO ISOBÁRICO es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. La Primera Ley de la Termodinámica, para este caso, queda expresada como sigue:

Q: Calor Transferido

U: Energía Interna

P: Presión

V: Volumen

En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea horizontal.

DETERMINE EL CAMBIO DE ENTROPÍA, EN DONDE SE MUESTRE CLARAMENTE EL PROCEDIMIENTO UTILIZADO.

Se toma 1L de agua en una olla a presión a 20 °C, la cual es sometida a calentamiento hasta evaporar completamente el agua. Se desea determinar la entropía sucedida en el proceso, se tiene:

cpagua=75.3J

mol ° K , y ∆ H v(H 2O373° K )=40292

Jmol ° K

a. Se calienta el agua de 20 °C a 100°C

se calcula el cambio de entalpia.

cpaagua=¿

75.3Jmol ° K

∗1mol

18gr=4.183 J

gr ° K,¿

∆ H v (H 2O373° K )=

40292Jmol

∗1mol

18 gr=2238

Jgr

PresiónIsobárico

Volumen

∆ H=magua∗cp∗∆T

∆ H=1000gr∗4.183 Jgr° K

∗(373 ° K−293 ° K )=418300 J

Se calcula el cambio de entropía

∆ S1=magua∗cp∗ln(T f

T i)

∆ S1=1000gr∗4.183J

gr ° K∗ln( 373 ° K273 ° K )=1305.5 J

K

b. Transformación de agua líquida en vapor a temperatura constante

∆ H v=Qv=2238Jgr

∗1000gr H 2O=2238000J

∆ S2=∆ Svap373 ° K=∆ H vap

T

∆ S2=2238000 J373 ° K

=6000 J° K

c. Hallamos la entropía total

∆ S total=∆ s1+∆ s2

∆ S total=1305.5J° K

+6000 J° K

=7305.5 J° K

El cambio de entropía para el sistema es de 7305.5J° K

PARA EL MISMO SISTEMA TERMODINÁMICO DETERMINE SI PUEDE SER SOMETIDO A UN PROCESO CÍCLICO Y DE NO SER POSIBLE ENTONCES DEFINA OTRO SISTEMA TERMODINÁMICO EL CUAL PUEDE SER SOMETIDO A UN PROCESO CÍCLICO. REALICE CÁLCULOS TERMODINÁMICOS A ESTE PROCESO CÍCLICO

Considerando un PROCESO CÍCLICO como:

Un proceso termodinámico durante el cual el sistema pasa por sucesivos estados de equilibrio y regresa al estado inicial se llama procesos cíclico. En un proceso cíclico el estado final es el inicial, luego las funciones de estado no varían en el proceso

1. La sustancia de trabajo absorbe energía por calor de un depósito de energía a alta temperatura.

2. La máquina consume trabajo

3.  Se expulsa energía  por calor a un depósito a temperatura más baja.

el proceso planteado inicialmente no puede ser sometido a un proceso cíclico.

Por lo tanto planteo los procesos Isócoro-Isobarico los cuales pueden ser sometidos a un proceso cíclico;

Calcular la eficiencia del ciclo isócoro-isobárico de la figura, considerando que el proceso se realiza sobre un gas ideal monoatómico:

Solución

32PV 5

2(2 P )V

Q12 = Q23 =

Q13 = Q12 = Q23= 132PV

=εPV¿Q13

=

PV132

PV = 213 = 0,154 = 15,4%

SISTEMA TERMODINAMICO

El sistema termodinámico seleccionado es un tanque de almacenamiento de gas líquido también conocido como GLP este consiste en una mezcla de vapor líquido saturado en su mayoría propano.

P (Pa)

V (m3)V 2 V

P

2 P

1 4

Definir muy bien el sistema, los límites del sistema y los alrededores del sistema termodinámico:

Los depósitos de gas propano, como su nombre indica, son tanques que almacenan gas en su interior. Es por esta razón que estos depósitos deben tener unas distancias de seguridad con ciertos elementos para evitar cualquier tipo de incidente. Estas distancias de seguridad evitarán incidentes graves y es una medida de protección para el usuario.

Identificar si se trata de un sistema abierto, cerrado o un sistema aislado:

Es un sistema abierto, no estacionario:

W= x

Q=

Realizar un proceso a este sistema termodinámico e identificar un tipo de proceso al que se está sometiendo, isobárico, isotérmico, isocórico ó adiabático.

-ADIABATICO: Es cuando no hay transferencia de calor al sistema y en este caso no lo hay, así que no puede ser adiabático.

-ISOBARICO: Es un proceso a presión constante, el suministro de energía aumenta la temperatura y esta se encuentra estrictamente relacionada con la presión, recordemos la ley de los gases ideales.

PV=NrT

-ISOCÓRICO: Es un proceso a volumen constante ya que el tanque de almacenamiento contiene cambios altos de presión. La dilatación térmica no debe dar lugar a un cambio en el volumen.

PROCESO A REALIZAR: Suministro de energía ¨Q=m CP ∆T¨ con el fin que la mezcla en el tanque se evapore y se distribuya por la red del gas.

Para el mismo sistema termodinámico que entregó en el trabajo de la unidad uno, de acuerdo con el tipo de proceso a que está siendo sometido (isotérmico, isobárico, isocórico o adiabático), determine el cambio de entropía, en donde se muestre claramente el procedimiento utilizado.

CALCULO DE LA ENTROPIA:

Se usa una expresión para la capacidad calorífica en función de la temperatura.

Se supone una cantidad fijando una fase de cálculo de 1.000 moles. M=1.000 moles.

cpR

=A+BT+CT 2+OT−1

A=1,213

B=28,785X10−3

C= -8,829 X10−3

D=0

∆ S=m∫ti

tf

cpdtt

∆ S=11857,35 JK

¿11,86KJ /K

Para el mismo sistema termodinámico determine si puede ser sometido a un proceso cíclico y de no ser posible entonces defina otro sistema termodinámico el cual puede ser sometido a un proceso cíclico. Realice cálculos termodinámicos a

este proceso cíclico. P

P2 B

P1 C A

V

A B: V constante

B C: Isotérmico

V A: P cte.

A B W∫Pdw

W=0 Q=cp∆T

B C Q=0

C A W=∫Pdw

W=p1(V1-V2

Q=cp∆T

Cp=4,184

Suponiendo agua y ∆T=200 ° C

CONCLUSIONES

Se observa que en todos los procesos siempre existe una variación de entropía.

Mediante la aplicación de la segunda ley de la termodinámica, podemos determinar la eficiencia de un sistema.

Se logró determinar el cambio de entropía en sistemas termodinámicos.

BIBLIOGRAFÍA

Módulo 201015 – Termodinámica. Palmira 2013. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD

http://www.miliarium.com/Prontuario/Tablas/Quimica/PropiedadesTermicas.asp

http://www.convertworld.com/es/masa-molar/

http://www.autoasesor.com/gm/aveo.html