BIBLIOGRAFA TERMODINMICA YUNES A CENGEL MICHAEL A. BOLES 7 ED.

1.1 Naturaleza de la Termodinmica. 1.2 Dimensiones y Unidades. 1.3 Sistema, Estado y Propiedades de la Termodinmica. 1.4 Procesos y Ciclos Termodinmicos. 1.5 Presin 1.6 Temperatura y Ley Cero de la Termodinmica. 1.7 Equilibrio Termodinmico.1.1 Naturaleza de la Termodinmica Pg. 2-3La termodinmica se puede definir como la ciencia de la energa. La energa se puede considerar como la capacidad para causar cambios. El trmino termodinmica proviene de las palabras griegas therme (calor) y dinamics (fuerza). Una de las ms importantes y fundamentales leyes de la naturaleza es el principio de conservacin de la energa. Esta ley expresa que durante una interaccin, la energa puede cambiar de una a otra, pero su cantidad total permanece constante. La energa no se crea, ni se destruye; solo se transforma.Balance de energa:Eentrada -Esalida = EsistemaLa primera ley de la termodinmica es simplemente una expresin del principio de la conservacin de la energa y sostiene que la energa es una propiedad termodinmica. La segunda ley de la termodinmica afirma que la energa tiene calidad as como cantidad, y los procesos reales ocurren hacia donde se disminuye la cantidad de la energa.En 1697 Thomas Savery y en 1712 Thomas Newcomen construyeron en Inglaterra las primeras maquinas atmosfricas, las cuales eran muy lentas e ineficientes, pero abrieron camino para el desarrollo de esta nueva ciencia. La primera y segunda ley de la termodinmica surgi de forma simultnea a partir del ao de 1850, principalmente de los trabajos de William Rankine, Rudolf Clausius y Lord Kelvin (antes William Thompson). El termino termodinmica se uso por primera vez en una publicacin de Lord Kelvin en 1849. La termodinmica clsica, proporciona un modo directo y fcil para la solucin de problemas de ingeniera.

reas de aplicacin de la termodinmicaEn una casa ordinaria; estufa elctrica o de gas, los sistemas de calefaccin y aire acondicionado, el refrigerador, el humidificador, la olla de presin, calentador de agua, la regadera, la plancha, la televisin, la computadora. En una escala mayor, la termodinmica desempea una parte importante en el diseo y anlisis de motores automotrices, cohetes, motores de avin, platas de energa convencionales.1.2 Dimensiones y UnidadesPg. 3-9

Las unidades del SI se adoptaron en 1954 en la decima conferencia general de pesos y medidas: metro (m) para longitud, kilogramo (kg) para masa, segundo (s) para tiempo, ampere (A) para corriente elctrica, grado Kelvin (K) para temperatura y candela (cd) para intensidad luminosa (cantidad de luz). En 1971, la CGPM aadi una sptima cantidad y unidad fundamental: mol (mol) para la cantidad de materia.

En el SI, las unidades de masa, longitud y tiempo son kilogramo (kg), metro (m) y segundo (s), respectivamente. Las unidades correspondientes en el sistema ingls son libra-masa (lbm), pie (ft) y segundo (s). El smbolo de libra lb es en realidad la abreviatura de libra, la cual era en la antigua Roma la unidad adaptada para expresar el peso. El sistema ingls mantuvo este smbolo incluso despus de haber finalizado la ocupacin romana de Bretaa en el ao 410. Las unidades de masa y longitud en los dos sistemas se relacionan entre s mediante.

1 lbm = 0.45359 kg

1 pie 0.3048 m

En el SI, la unidad de fuerza es el newton (N), y se define como la fuerza requerida para acelerar una masa de 1 kg a razn de 1 m/s2. En el sistema ingls, la unidad de fuerza es la libra-fuerza (lbf) y se define como la fuerza requerida para acelerar una masa de 32.174 lbm (1 slug) a razn de 1 pie/s. Es decir,

El peso del volumen unitario de una sustancia se llama peso especfico g y se determina a partir de , donde es la densidad.La masa de un cuerpo es la misma sin importar su ubicacin en el universo; sin embargo, su peso se modifica con un cambio en la aceleracin gravitacional.

El trabajo, que es una forma de energa, se puede definir simplemente como la fuerza multiplicada por la distancia; por lo tanto, tiene la unidad newtonmetro (N m), llamado joule (J). Es decir, Una unidad ms comn para la energa en el SI es el kilojoule (1 kJ = J).

En el sistema ingls, la unidad de energa es el Btu (British thermal unit), que se define como la energa requerida para elevar en 1 F la temperatura de 1 lbm de agua a 68 F. En el sistema mtrico, la cantidad de energa necesaria para elevar en 1 C la temperatura de 1 gramo de agua a 14.5 C se define como 1 calora (cal), y 1 cal = 4.1868 J. Las magnitudes de kilojoule y Btu son casi idnticas (1 Btu = 1.0551 kJ).La unidad para la razn de tiempo de energa es el joule por segundo (J/s) que se conoce como watt (W). En el caso de trabajo la razn de tiempo de energa se llama potencia. Una unidad de potencia comnmente usada es el caballo de fuerza (hp), que es equivalente a 746 W.

La energa elctrica se expresa tpicamente en la unidad kilowatt-hora (kWh), que es equivalente a 3 600 kJ.

1.3 Sistema, Estado y Propiedades de la Termodinmica. Pg. 10-14

Sistemas Cerrados y Abiertos

Un sistema se define como una cantidad de materia o una regin en el espacio elegido para anlisis. La masa o presin fuera del sistema se conoce como alrededores. La superficie real o imaginaria que separa el sistema se llama frontera, la frontera puede ser mvil o fija. Los sistemas se pueden dividir en cerrados y abiertos.

En el sistema cerrado la masa no puede cruzar para el otro lado de la frontera, ninguna masa puede entrar o salir del sistema, pero si puede cruzar la energa en forma de calor o trabajo. Un sistema aislado es cuando se impide el paso de la energa. En el sistema abierto se puede intercambiar masa y energa con su entorno.

Propiedades de un Sistema

Propiedad es una caracterstica de un sistema, algunas propiedades son: Presin, Temperatura, Volumen y masa (comunes). Viscosidad, Conductividad Trmica, Modulo de Elasticidad, Coeficiente de Expansin Trmica, Resistividad Elctrica, Velocidad y Elevacin.

Propiedades intensivas: son independientes de la masa, como, temperatura, presin, densidad. Propiedades extensivas: son aquellos cuyos valores dependen del tamao y extensin del sistema, la masa total, volumen total y cantidad de movimiento total.

1.4 Procesos y Ciclos Pg. 15-16Cuando un proceso se desarrolla de tal manera que todo el tiempo el sistema permanece infinitesimalmente cerca de un estado de equilibrio, estamos ante un proceso cuasiesttico, o de cuasiequilibrio. Un proceso de este tipo puede considerarse lo suficientemente lento como para permitirle al sistema ajustarse internamente de modo que las propiedades de una de sus partes no cambien ms rpido que las de otras.

Los diagramas de proceso trazados mediante el empleo de propiedades termodinmicas en forma de coordenadas son muy tiles para tener una representacin visual del proceso. Algunas propiedades comunes usadas como coordenadas son temperatura T, presin P y volumen V (o volumen).

El prefijo iso- se usa con frecuencia para designar un proceso en el que una propiedad particular permanece constante. Por ejemplo, un proceso isotrmico es aquel durante el cual la temperatura T permanece constante; un proceso isobrico es en el que la presin P se mantiene constante, y un proceso isocrico (o isomtrico) es aquel donde el volumen especfico v permanece constante.Se dice que un sistema ha experimentado un ciclo si regresa a su estado inicial al final del proceso, es decir, para un ciclo los estados inicial y final son idnticos.

Los trminos estable y uniforme se usan con frecuencia en ingeniera, y es importante comprender claramente sus significados. Estacionario significa que no hay cambio con el tiempo y su contrario es no estacionario o transitorio.Los procesos en los que se utilizan tales dispositivos se pueden representar razonablemente bien mediante un proceso un poco idealizado, llamado proceso de flujo estacionario, que es posible definir como un proceso durante el cual un fluido fluye de forma estacionaria por un volumen de control.

Es posible aproximarse a las condiciones de flujo estacionario mediante dispositivos diseados para operar constantemente, como turbinas, bombas, calderas, condensadores, intercambiadores de calor, plantas de energa o sistemas de refrigeracin. Algunos dispositivos cclicos, como mquinas o compresores alternativos, no satisfacen ninguna de las condiciones antes mencionadas puesto que el flujo en las entradas y salidas ser pulsante y no estacionario.

1.5 Presin Pg. 21-23

La presin se define como la fuerza normal que ejerce un fluido por unidad de rea. Se habla de presin slo cuando se trata de gas o lquido, mientras que la contraparte de la presin en los slidos es el esfuerzo normal. Puesto que la presin se define como la fuerza por unidad de rea, tiene como unidad el newton por metro cuadrado (N/m2), tambin conocida como pascal (Pa). Es decir, 1 Pa= 1 N/m2La unidad de presin pascal es demasiado pequea para las presiones que se suscitan en la prctica. De ah que sus mltiplos kilopascal (1 kPa = 103 Pa) y megapascal (1 MPa _ 106 Pa) se usen ms comnmente. Otras tres unidades de presin de uso extendido, principalmente en Europa, son bar, atmsfera estndar y kilogramo fuerza por centmetro cuadrado:

1 bar = 105 Pa = 0.1 MPa = 100 kPa1 atm = 101,325 Pa = 101.325 kPa = 1.01325 bars1 kgf/cm2 = 9.807 N/cm2 = 9.807 x104 N/m2 = 9.807 x104 Pa= 0.9807 bar= 0.9679 atm

En el sistema ingls, la unidad de presin es la libra fuerza por pulgada cuadrada (lbf/pulg2, o psi), y 1 atm = 14.696 psi. Las unidades de presin kgf/cm2 y lbf/pulg2 tambin se denotan por kg/cm2 y lb/pulg2, respectivamente, y se usan regularmente en medidores de presin de llantas. Se puede demostrar que 1 kgf/cm2 = 14.223 psi.

La presin tambin se usa para slidos como sinnimo de esfuerzo normal, el cual es la fuerza que acta perpendicularmente a la superficie por unidad de rea.

La presin real en una determinada posicin se llama presin absoluta, y se mide respecto al vaco absoluto (es decir, presin cero absoluta). La diferencia entre la presin absoluta y la atmosfrica local; esta diferencia es la presin manomtrica.

Las presiones por debajo de la atmosfrica se conocen como presiones de vaco y se miden mediante medidores de vaco que indican la diferencia entre las presiones atmosfrica y absoluta. Las presiones absoluta, manomtrica y de vaco son todas positivas y se relacionan entre s mediante

Pmanomtrica = Pabs - Patm

Pvaco =Patm Pabs

1.6 Temperatura y Ley Cero de la Termodinmica. Pg. 17-20

Varias propiedades de los materiales cambian con la temperatura de una manera repetible y predecible, y esto establece una base para la medicin precisa de la temperatura.El equilibrio trmico es la igualdad de temperatura. La ley cero de la termodinmica establece que si dos cuerpos se encuentran en equilibrio trmico con un tercero, estn en equilibrio trmico entre s. R. H. Fowler fue el primero que formul y nombr la ley cero en 1931.Estas escalas permiten usar una base comn para las mediciones de temperatura.A travs de la historia se han introducido varias y todas se basan en ciertos estados fcilmente reproducibles como los puntos de congelacin y ebullicin del agua, llamados tambin punto de hielo y punto de vapor, respectivamente.

Escalas de Temperatura

Las escalas de temperatura usadas actualmente en el SI y en el sistema ingls son la escala Celsius (antes llamada escala centgrada; en 1948 se le cambi el nombre en honor de quien la dise, el astrnomo sueco A. Celsius, 1702-1744) y la escala Fahrenheit (en honor al fabricante de instrumentos alemn G. Fahrenheit, 1686-1736), respectivamente. En la primera a los puntos de hielo y de vapor se les asignaron originalmente los valores de 0 y 100 C, respectivamente. Los valores correspondientes en la segunda son 32 y 212 F. Ambas se conocen comnmente como escalas de dos puntos dado que los valores de temperatura se asignan en dos puntos distintos.

En termodinmica es muy conveniente tener una escala de temperatura independiente de las propiedades de cualquier sustancia o sustancias. Tal escala es la escala de temperatura termodinmica, desarrollada posteriormente junto con la segunda ley de la termodinmica. La escala de temperatura termodinmica en el SI es la escala Kelvin, llamada as en honor a lord Kelvin (1824-1907), cuya unidad de temperatura es el kelvin, designado por K (no K; el smbolo de grado se elimin de forma oficial del kelvin en 1967). La temperatura mnima en esta escala es el cero absoluto, o 0 K.Entonces la relacin entre la temperatura y la presin del gas en el recipiente se expresa como:

T=a+bP

La escala Kelvin se relaciona con la Celsius mediante

T (K) =T (C)+ 273.15

La escala Rankine se relaciona con el Fahrenheit mediante

T (R)= T (F)+ 459.67

Las escalas de temperatura en los dos sistemas de unidades se relacionan mediante

T (R)= 1.8T (K) y T (F)= 1.8T (C) +32.

1.7 Equilibrio TermodinmicoPg. 14En un estado especifico, todas las propiedades de un sistema tienen valores fijos.La termodinmica trata de estos estados de equilibrio.Equilibrio Trmico: cuando la sustancia llega a tener la misma temperatura en todos sus puntos.Equilibrio Mecnico: se relaciona con la presin.Equilibrio Qumico: su composicin qumica no cambia con el tiempo.Postulado De Estado: El sistema de un sistema comprensible simple, especifica por completo mediante dos propiedades intensivas independientes.

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