Asignacion 1 Termo Completa
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8/17/2019 Asignacion 1 Termo Completa
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Universidad Tecnológica de Panamá
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Ingeniería Electromecánica
Producción de la energía eléctricaAsignación #1
Tema: conceptos y defniciones undamentales entermodinámica
Proesor:
Estudiantes: !avier "artíne# 8-889-132$íctor %ampos
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8/17/2019 Asignacion 1 Termo Completa
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Introducción
Nuestro trabajo se basa en un resumen acerca de la introducción de concepto
y definiciones que veremos en todo el curso de la termodinámica, esto en más
que nada una herramienta de estudio para facilitar el conocimiento. La
termodinámica es una ciencia bastante amplia y si no se entiende bien la parteconceptual no podremos llegar a desarrollar la parte práctica de esta.
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Introducción y conceptos básicos
En este capítulo se hace énfasis sobre lo que es la termodinámica como
ciencia y analizamos ciertos conceptos de gran importancia para latermodinámica y se presentan ciertas técnicas de desarrollo a problemas
relacionados al tema de la termodinámica en base a ingeniería.
Termodinámica y energía
El termino Termodinámica de procedencia griega, therme (calor) y dynamis
(fuerza) se le define como la ciencia de la energía, la cual se considera a
energía como la capacidad de causar cambios. La termodinámica no es más
que esfuerzos de conertir el calor en energía, también incluye lo que es
aspectos de energía, transformaciones, generaci!n de potencia, refrigeraci!n yrelaciones entre propiedades de la materia.
"lgunas de las leyes más importantes de la naturaleza son#
El principio de la conservación de la energía, este nos dice que la energía
no se crea ni se destruye y se e$presa como#
Eentrada % Esalida & 'E
La primera ley de la termodinámica, es una e$presi!n del principio de la
energía que nos dice que la energía es una propiedad termodinámica
La segunda ley de la termodinámica, la energía tiene calidad así como
cantidad, y los procesos reales ocurren hacia donde disminuye la calidad de la
energía.
Las sustancias se constituyen por partículas llamadas moléculas y sus
propiedades dependen de dicha partícula.
"l enfoque de la termodinámica en el que no necesitamos er el
comportamiento de partículas se le llama termodinámica clásica y al enfoque
de partículas en la termodinámica se le conoce como termodinámica
estadística.
Áreas de aplicación de la termodinámica
La termodinámica es aplicada prácticamente en todo lo que realizamos ya sea
nuestro cuerpo, el medio donde iimos o en áreas de industrias y fabricaci!n
de maquinarias y herramientas tiles en nuestra ida diaria, se puede decir que
en cada cosa que hacemos puede e$istir termodinámica.
Sistemas cerrados y abiertos
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Los sistemas no son más que una cantidad o regi!n definida para el análisis de
materia. " toda la masa fuera de esta regi!n se le llamaría alrededores y la
regi!n se limita por paredes ya sean imaginarias o reales a las que llamamos
fronteras. Estas fronteras podrían ser fias o m!iles y para el cálculo
matemático decimos que son despreciables, !sea iguales a * de espesor.
Los sistemas cerrados (masa de control) son aquellos en que la masa tomada
en cuenta no puede cruzar las fronteras pero sin embargo la energía si se
puede cruzar y el olumen no necesariamente debe ser fio. E$iste un tipo de
sistema especial al que se le nombra sistema aislado y a diferencia del sistema
cerrado este no puede dear pasar energía a traés de las fronteras.
Los sistemas abiertos (olumen de control), son regiones definidas en el
espacio que estudian dispositios que permiten el fluo másico quiere decir que
en este sistema si se permite que la masa y la energía crucen las fronteras de
el olumen de control. +n olumen de control se puede tomar en cualquier
regi!n del espacio ya que esta no tiene reglas definidas pero siempre hay que
hacerlo de manera apropiada para poder facilitar el desarrollo de problemas.
En el olumen de control las fronteras pueden ser fias o imaginarias ya que
hay dispositios que tiene salidas y aquí se tomaría dicha salida como una
frontera imaginaria. "demás un olumen de control también puede ser fio o
m!il en tamao y puede haber interacci!n de masa, calor e interacci!n de
masa.
Propiedades de un sistemaEn un sistema se le llama propiedad a cualquier característica que esté
presente entre ellas se puede mencionar presi!n, temperatura, olumen y
masa, se pueden mencionar otras pero son secundarias con respecto a las ya
mencionadas.
E$isten propiedades e$tensias e intensias, las intensias no dependen del
sistema sin embargo las e$tensias sí. " las intensias las denotamos con
letras minsculas y a las e$tensias con letra mayscula.
" las propiedades e$tensias por unidad se le llaman propiedades específicas.
-e le llama continuo cuando tomamos una materia como si no e$istieran
huecos y de manera homogénea la cual nos coniene, pero solo se puede
aplicar cuando el tamao del sistema es grande en relaci!n con el espacio
entre moléculas de la sustancia analizada.
Densidad y densidad relativa
Densidad: masa por unidad de olumen.
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-e da en g/m0
1olumen específico# reciproco de la densidad, se define como olumen por
unidad de masa.
La densidad depende de temperatura y presi!n, en la mayoría de los gases es
proporcional a la presi!n e inersamente proporcionas a la temperatura.
En los s!lidos y líquidos la densidad prácticamente no aría ya que estos por
ser incompresibles dependen más de la temperatura que de la presi!n
Densidad relativa o gravedad específica: se define como el cociente de la
densidad de una sustancia entre la densidad de alguna sustancia estándar auna temperatura especificada.
El peso de un olumen unitario de una sustancia se llama peso específico.
Estado y equilibrioEn un sistema que no e$perimenta ningn cambio se dan ciertas propiedades
que se pueden medir y describe la condici!n del estado, pero en un estado
específico si alguna propiedad del sistema cambia ya todo el estado cambia y
pasa a ser uno nueo.
En termodinámica se tratan estados en equilibrio la cual estos no presentan
ariaciones en el sistema y no muestra cambios a sus alrededores. E$isten
arios tipos de equilibro como lo son#
2 Equilibrio térmico# cuando todo el sistema mantiene la misma
temperatura.2 Equilibrio mecánico# cuando no e$isten cambio en ninguno de sus
puntos con respecto a la presi!n, pero sin embargo puede presentar
ariaciones en el interior del sistema por causa de efectos
graitacionales.2 Equilibrio químico# si no e$isten reacciones químicas o su composici!n
química no aría con el paso del tiempo.
Postulado de estado
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Es utilizado para encontrar las propiedades requeridas para fiar el estado en
que se encuentra ya que no se necesita conocer todas las propiedades para
saber de qué estado estamos hablando, cierta cantidad de propiedades no
ayudan a deducir todas las demás.
+n sistema compresible simple se denota cuando carece de efectos eléctricos,magnéticos, graitacionales, de moimiento y tensi!n superficial.
El postulado de estado requiere de 3 propiedades específicas de forma
independientes para fiar un estado.
Procesos y ciclos
+n proceso no es más que un cambio de estado en equilibrio a otro, y una
trayectoria son los cambios de estados que ocurren en el proceso del sistema.
+n proceso de describe tomando en cuenta un estado inicial y un estado final
en el sistema y también la trayectoria e interacciones con los alrededores del
sistema.
4uando un proceso se desarrolla de forma muy cercana a un estado de
equilibrio le llamamos proceso cuasi estático o de cuasi equilibrio y se da de
manera muy lenta.
El proceso de cuasi equilibrio no es una representaci!n de un proceso real,
pero e$isten procesos muy apro$imados que se pueden modelar como
procesos de cuasi equilibrio.
Este tipo de proceso es muy utilizado ya que facilitan el análisis y de obtiene
meor rendimiento en los dispositios que producen trabao. E$isten diagramas
de proceso que nos permiten isualizar lo proceso de manera más fácil y para
ser realizados se necesitan propiedades como temperatura, presi!n y olumen.
Los procesos de cuasi equilibrio se denotan por una línea continua, en cambio,
sino tiene cuasi equilibrio seria discontinua.
E$isten diferentes procesos que son#
2 5roceso isotérmico# en este la temperatura permanece constante.2 5roceso isobárico# en este la presi!n permanece constante.2 5roceso isométrico o isocorico# en este el olumen específico
permanece constante.
-e dice que un ciclo se trata de que en un proceso el estado final sea igual al
estado final.
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Proceso de fluo estacionario
Estacionario significa que no e$iste cambio en el tiempo y uniforme que no hay
cambio en ninguna ubicaci!n específica.
El proceso de fluo estacionario se define como el proceso en el que el fluidofluye de manera estacionaria por un olumen de control. Es decir que las
propiedades de un fluo pueden tener cambios pero en alguna parte tiene que
mantenerse sin cambio.
Procesos y Ciclos
+n proceso es cualquier cambio de estado de equilibrio a otro e$perimentado
por un sistema. 5ara conocer y describir correctamente un proceso es
necesario especificar sus estados inicial y final, así como la trayectoria que
sigue y las interacciones con los alrededores.
El cuasi equilibrio o proceso cuasi estático se da cuando en un proceso el
sistema permanece infinisimalmente cerca de un estado de equilibrio,
permitiéndole al sistema austarse internamente para que las propiedades de
sus partes cambien uniformemente. Entre las razones por la cual los ingenieros
se interesan en este tipo de procesos son# su facilidad de análisis y porque los
dispositios que producen trabao obtienen un mayor rendimiento cuando se
efectan con sistemas de cuasi equilibrio. "demás, aunque estos no
correspondan a una funci!n autentica de un proceso real, muchos procesos de
acercan bastante y es admisible considerarlos como de cuasi equilibrio (con unmargen de error insignificante).
5or otra parte, un ciclo es cuando un sistema ha e$perimentado regresar a su
estado inicial al final del proceso o en otras palabras el sistema tiene el mismo
estado inicial y final.
Temperatura y Ley Cero de la Termodinámica
1arias propiedades de los materiales cambian con la temperatura de una
manera repetible y predecible, y esto establece una base para la medici!n
precisa de la temperatura. El equilibrio térmico es el punto donde se detiene la
transferencia del calor entre dos cuerpos.
La ley cero de la termodinámica establece que si dos cuerpos se encuentran en
equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí. Esta ley
fue formulada por primera ez en 6706 por 8.9 :o;ler.
" traés del tiempo se han introducido para las mediciones de temperatura
ciertas escalas que permiten usar una base comn para todas las mediciones
de temperatura. "ctualmente, en el sistema -< y el -+E+ la escala utilizada es
la escala 4elsius y la escala :ahrenheit. " la escala 4elsius se le asignaron a
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los puntos de hielo y de apor los alores de * y 6**=4 y en la segunda 03 y
363=:.
En termodinámica es coneniente utilizar una escala de temperatura
independiente de las propiedades de cualquier sustancia o sustancias, por eso
se utiliza una tercera escala llamada escala de temperatura termodinámica oescala >elin en el -.
?tras escalas utilizadas son el 8anine en el -+E+ y la escala de temperatura
del gas ideal, la cual es casi idéntica al >elin.
Presión
5resi!n es definida como la fuerza normal que eerce un fluido por unidad de
área. 4abe sealar que en este caso se habla de presi!n solo cuando se tratade un gas o de un líquido, mientras que lo contrario a presi!n en solidos es el
esfuerzo normal. La primera tiene como unidad de medida el @e;ton por metro
cuadrado o 5ascal, pero también se utilizan otras tres unidades de presi!n
como el bar, la atmosfera estándar y el ilogramo fuerza por centímetro
cuadrado.
La presi!n erdadera o real en una determinada posici!n se llama presi!n
absoluta y se mide respecto al acío absoluto o presi!n cero absoluta. La
diferencia entre la presi!n absoluta y la presi!n atmosférica local es llamada
presi!n manométrica, mientras que las presiones por debao de la atmosféricase conocen como presiones de acío.
-uele dar la impresi!n de que la presi!n es un ector pero este en cualquier
punto de fluido es la misma en todas las direcciones, es decir tiene magnitud
pero no direcci!n y por lo tanto es una cantidad escalar.
En cuanto a la ariaci!n de la presi!n con la profundidad, esta incrementa
debido a que una mayor cantidad de este descansa sobre las capas más
profundas y el efecto de ese peso e$tra en una capa inferior se equilibra
mediante un aumento de presi!n.
anómetro
El Aan!metro es un dispositio utilizado para medir diferencias de presi!n
pequeas y moderadas, este se basa principalmente en un tubo de idrio o
plástico en + que contiene uno o más fluidos como mercurio, agua, alcohol y
aceite.
Auchos problemas de ingeniería y algunos man!metros tienen que er con
arios fluidos inmiscibles de densidades diferentes apilados unos sobre otros.
Este tipo de sistemas se pueden analizar fácilmente recordando que 6) el
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cambio de presi!n en una columna de fluido de altura h es B5& rgh, 3) la
presi!n se incrementa hacia abao en un determinado fluido y disminuye hacia
arriba (es decir, 5fondo
5parte superior ) y 0) dos puntos a la misma eleaci!n en un fluido continuo en
reposo están a la misma presi!n.
?tro tipo de dispositio mecánico de medici!n de presi!n de uso comn es el
tubo de Courdon. Este instrumento consiste en un tubo metálico hueco y
curado como un gancho, cuyo e$tremo está cerrado y conectado a una agua
indicadora de disco. 4uando el tubo se encuentra abierto a la atm!sfera no
tiene desiaci!n y la agua indicadora de disco en este estado se calibra a cero
(presi!n manométrica). 4uando se incrementa la presi!n del fluido dentro del
tubo, éste se alarga y muee la agua en proporci!n a la presi!n aplicada.
La electr!nica ha abierto camino en cada aspecto de la ida y los dispositios
de medici!n de presi!n no son la e$cepci!n. Los modernos sensores de
presi!n, llamados transductores de presi!n, utilizan arias técnicas para
conertir el efecto producido por la presi!n a otro de tipo eléctrico como el
cambio de oltae, resistencia o capacitancia. Los transductores de presi!n son
más pequeos y más rápidos y pueden ser más sensibles, confiables y
precisos que sus contrapartes mecánicas.
Los transductores de presi!n con medidor de deformaci!n funcionan mediante
una desiaci!n del diafragma entre dos cámaras abiertas a las entradas de
presi!n. 4uando el diafragma se alarga en respuesta a un cambio en ladiferencia de presi!n, el medidor de deformaci!n se alarga y un circuito con
puente de Dheatstone amplifica la seal. Los transductores piezoeléctricos,
llamados también transductores de presi!n de estado s!lido, funcionan
basados en el principio de que un potencial eléctrico se genera en una
sustancia cristalina cuando ésta se somete a una presi!n mecánica. Los
transductores de presi!n piezoeléctricos tienen una respuesta de frecuencia
mucho más rápida en comparaci!n con las unidades de diafragma y son muy
adecuados para aplicaciones de alta presi!n, pero generalmente no son tan
sensibles como los transductores tipo diafragma.
!arómetro y presión atmosf"rica
El italiano Eangelista orricelli fue el primero en probar de manera concluyente
que la presi!n atmosférica se puede medir al inertir un tubo lleno de mercurio
en un recipiente con mercurio y abierto a la atm!sfera.
La presi!n atmosférica se mide mediante un dispositio conocido como
bar!metroF así, la presi!n atmosférica se denomina por lo comn presi!n
barométrica.
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La disminuci!n de la presi!n atmosférica con la altura tiene ramificaciones de
largo alcance en lo cotidiano. 5or eemplo, cocinar llea más tiempo a grandes
altitudes puesto que el agua hiere a menor temperatura bao presiones
atmosféricas más baas. +na hemorragia por la nariz es una e$periencia comn
a grandes altitudes puesto que la diferencia entre la presi!n arterial y la presi!n
atmosférica es mayor en este caso, y las delicadas paredes de las enas de la
nariz a menudo no soportan este esfuerzo e$tra.
T"cnica para resolver problemas
El primer paso para aprender cualquier ciencia es comprender los fundamentos
y obtener un conocimiento s!lidoF el siguiente paso es dominar los
fundamentos al probar este conocimiento por medio de la práctica. Esto se
hace resoliendo problemas importantes reales, ya que requieren métodossistemáticos y ponen a prueba los conocimientos adquiridos
5aso 6# enunciado del problema. E$presar breemente el problema, los datos y
las cantidades por determinar.
5aso 3# esquema. razar un esquema real del sistema físico en cuesti!n y
anotar la informaci!n necesaria en la figura.
5aso 0# suposiciones y apro$imaciones Enunciar las suposiciones y
apro$imaciones adecuadas para simplificar el problema con la finalidad de quesea posible obtener la soluci!n.
5aso G# leyes físicas. "plicar las leyes físicas y principios básicos pertinentes
(como la conseraci!n de la masa) y redzcalas a su forma más simple
utilizando las consideraciones hechas.
5aso H# propiedades. Ieterminar las propiedades desconocidas en estados
conocidos necesarias para resoler el problema a partir de relaciones o tablas
de propiedades.
5aso J# cálculos. -ustituir las cantidades conocidas en las relacionessimplificadas y llear a cabo los cálculos para determinar las inc!gnitas
5aso K# razonamiento, comprobaci!n y análisis 4omprobar para asegurarse de
que los resultados obtenidos son razonables e intuitios, y corrobore la alidez
de las suposiciones cuestionables. 8epetir los cálculos cuando obtenga como
resultado alores poco razonables.
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4onclusi!n
Para concluir con nuestro trabajo, podemos decir que este fue de gran ayuda
para repasar conceptos y para adentrarnos a la fascinante asignatura como loes la termodinámica. En igual forma, nos ayudó a saber cosas que no
sabamos. Este tipo de trabajos son muy interesantes, ya que además de leer,
nos abre el camino a temas de más profundidad y de inter!s para nuestra
carrera y lo que pasa en el mundo real.
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Cibliografía
• Termodinámica + %engel, -unus ./ 0oles, "ic1ael
. 22 *aed 22 "é3ico : "c&ra4 5ill, '))6 333viii / ())7 p