PORTAFOLIO DIGITAL - TERMODINAMICA

Portafolio digital

Integrantes – grupo I

PARIACHI PUMARICRA Yasmelin Aracely 191.0206.040 ypariachip@unasam.edu.pe

LAZARO BAZAN Álvaro 191.0206.017 alazarob@unasam.edu.pe

SHUAN ABAD Diego Antonio 191.0206.027 dshuana@unasam.edu.pe

CLAUDIO OBREGON Miriam Mishel 181.0206.021 mclaudioo@unasam.edu.pe

BALABARCA COCHACHIN Ubaldo 112.0204.439 ubalabarcac@unasam.edu.pe

Ing. NellyCastro Vicente

Semestre 2022

DE

INDUSTRIAS

DE INGENIERIA DE INDUSTRIA

SILABO

TERMODINAMICA 2022-I

NACIONAL DE ANCASH

SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO

SILABO DE TERMODINAMICA

I. IDENTIFICACIÓN

1.1. Facultad Ingeniería de Industrias Alimentarias

1.2. Escuela Profesional: Ingeniería de Industrias Alimentarias

1.3. Semestre Académico: 2022 I

1.4. Plan de estudios 07

1.5. Ciclo Académico: V

1.6. Código del curso: AI I03

1.7. Créditos: 04

1.8. Tipo de curso Obligatorio

1.9 Modalidad Semipresencial

1.10. Requisitos: AI I01

1.11. Extensión horaria: Teoría: 03 Práctica: 02

1.12. Duración: Fecha de inicio: 18/07/22 Fecha de término:04/11/22

1.13. Sección 1

1.14. Docente: Castro Vicente Nelly Raquel

1.15. Condición: Nombrado

1.16. Categoría: Principal

1.17. Dedicación: Exclusiva

1.18. EMail: ncastrov@unasam.edu.pe

II. SUMILLA

2.1. Resumen

La asignatura estudia las propiedades, leyes y procesos termodinámicos. Vapores y procesos de los vapores, ciclos. Estudia la conversión de calor en trabajo y viceversa, en procesos que tienen lugar en plantas de vapor, máquinas de combustión interna. Plantas de refrigeración, compresores, turbinas, calderos, tipos, rendimientos. Combustibles.

2.2. Relación con el perfil del egresado

2.2.1. Competencia genérica o específica Diseña y aplica procesos industriales agroalimentarios utilizando correctamente los medios de producción.

2.2.2. Unidad de competencia

Describe los conocimientos relacionados con los diversos fenómenos de energía y las propiedades de la materia, leyes de la termodinámica para los procesos con vapores a diseños de equipos e ingeniería de la producción

2.3. Capacidades

Describe y aplica los conceptos en la comprensión de las propiedades termodinámicas de la materia, presión, volumen y temperatura

Describe y aplica la primera ley de termodinámica en los sistemas y procesos termodinámicos con eficiencia y responsabilidad

Aplica la segunda ley de termodinámica a diferentes casos de máquinas térmicas, apreciando su importancia en la ingeniería

2.4. Problemas que resuelve

Al finalizar la asignatura el estudiante será capaz de definir los conceptos de las propiedades termodinámicas; fundamentos de conservación de la energía, conocer y aplicar las leyes de la termodinámica a procesos ingenieriles. Definir y aplicar los conceptos de vapores y proceso con vapores a diseños de Ingeniería, así como conocer los fundamentos de la producción del frío.

III. PROGRAMACION YEVALUACION

3.1. Programación de contenidos, actividades y evaluación

Unidad didáctica Nº 1: Termodinámica. Generalidades. Sistema de Unidades. Sistemas termodinámicos Definiciones. Principios termodinámicos Semana Contenidos

Saber Saber hacer Saber ser

1 Presentación del silabo. Definiciones fundamentales del curso de termodinámica. Concepto de presión, temperatura, volumen, densidad. Ley cero de la termodinámica.

Define con precisión los conceptos relacionados con la termodinámica. Comprende y aplica los conceptos de presión, volumen y temperatura, densidad.

Explica con claridad los potenciales termodinámicos y su importancia de la termodinámica en la industria alimentaria.

Actividad Recursos

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase.Tema 1 Designación coordinador de grupo

Actividad asincrónica Revisión del sílabo y presentación de los contenidos.

Plataforma Microsoft Teams Watsap

SVA Archivo PDF Clase 1

2 Magnitudes de estado termodinámico.

Conversiones Propiedades termodinámicas. Energía interna entalpía entropía. Ejercicios y problemas.

3 Seminarios 1 y 2. Desarrollo de problemas de los temas tratados.

Reconoce que la energía interna, entalpía y entropía pueden ser representados en función de magnitudes de estado medibles como la temperatura, presión.

Reflexiona y asume compromiso y responsabilidad con su formación profesional

Aplica los conceptos básicos en la resolución de los problemas

4 Sistemas y principios de la Termodinámica, sistemas termodinámicos, función de estado termodinámico

PRIMER EXAMEN

Define modelos físicos y sistemas termodinámicos sencillos

Distingue y reconoce las diferencias de los tres sistemas termodinámicos

Participa activamente con responsabilidad y respeto.

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase.Tema 2

Actividad asincrónica Tarea: Pautas Trabajo Investigación

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de seminario de problemas

Actividad asincrónica Preparación y revisión de seminarios

Plataforma Microsoft Teams Chat

SVA Archivo PDF Clase 2

Plataforma Microsoft Teams

SVA Archivo Seminarios

Muestra interés por el tema y valora la importancia de los sistemas y principios de la termodinámica y si aplicación en la ingeniería alimentaria

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase.Tema 4

Actividad asincrónica Clase ingresada con anticipación al día de clase. Preparación de la practica

Plataforma Microsoft Teams

SVA Archivo PPT Clase 4 Archivo práctica a evaluar (1)

Semana Contenidos

Actividad RecursosSaber Saber hacer Saber ser

5 Primera ley de la Termodinámica para Sistemas cerrados y abiertos.

Balance de masa y energía. Procesos de flujo estable o estacionario. Análisis energético de Sistemas Abiertos

6 Gases Ideales Entalpía. Energía interna. Procesos con gases ideales para sistemas cerrados y abiertos.Aplicaciones

Distingue y reconoce las diferencias entre sistemas cerrados y abiertos. Explica el primer principio de la termodinámica en sistemas cerrados y los relaciona con los procesos de la industria alimentaria

Demuestra: Responsabilidad Eficiencia Proactividad

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase.Tema 5

Actividad asincrónica Preparación y revisión de seminarios

Plataforma Microsoft Teams Pizarra digital

SVA Archivo PDF Clase 5

Diferencia los procesos estacionarios de los no estacionarios en procesos con gases ideales y su análisis en el procesamiento de la industriaalimentaria

Demuestra su capacidad en la aplicación del tema a partir de su interés y valoración de los casos en la resolución de problemas referidos a la ingeniería alimentaria.

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase.Tema 6 Resolución de problemas

Actividad asincrónica Glosario de términos Revisión de tareas

Plataforma Microsoft Teams Chat H. Mindomo

SVA Archivo PDF Clase 6

7 Seminarios 4, 5 y 6. Desarrollo de problemas de los temas tratados.

8 SEGUNDO EXAMEN

9 Sustancia pura, aplicación y fases. Diagramas de Presión, volumen y temperatura. Calidad y título. Manejo de tablas. Primera Ley a la sustancia pura

10 Seminario 9. Desarrollo de problemas de los temas tratados.

Aplica los conceptos básicos en la resolución de los problemas

Participa activamente con responsabilidad y respeto.

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de seminario de problemas

Actividad asincrónica Preparación y revisión de seminarios.

Plataforma Microsoft Teams H. Genially

SVA Archivo Seminarios

Comprende y emplea las propiedades de las sustancias puras a partir del uso de las tablas termodinámicas

Aplica los conceptos básicos en la resolución de los problemas

Muestra el interés por el concepto de sustancia pura como parte de su formación profesional.

Debe actuar de manera Autocrítica, autónoma, responsable y ética para su formación integral

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase. Tema 9

Actividad asincrónica Clase ingresada con anticipación al día de clase

Actividad sincrónica Videoconferencia. Preparación de la practica Exposición de seminario de problemas

Actividad asincrónica Preparación y revisión de seminarios. Preparación de la practica

Plataforma Microsoft Teams

SVA Archivo PDF Clase 9

Plataforma Microsoft Teams

SVA Archivo Seminarios Archivo práctica a evaluar (2)

Unidad Didáctica Nº 2: Primera ley de laTermodinámica. Otras formasde Energía aplicados a sistemas abiertos y Cerrados. Gases Ideales. Procesos (Isobárico, isotérmico,adiabático,politrópico).Sustancia pura.

Unidad Didáctica Nº 3: Segunda Ley de la Termodinámica. Ciclo directo e indirecto. Máquina Térmica. Ciclos de Carnot, Rankine, Refrigeración. Cálculo de la eficienciay cálculo del COP. Diagramas Entropía

Semana Contenidos

Actividad RecursosSaber Saber hacer Saber ser

11 Segunda ley de la Termodinámica. Axiomas. Ciclo directo e inverso. Máquina térmica. Bomba de calor.

Analiza interpreta y aplica al segunda ley de la termodinámica en la resolución de problemas de sistemas cerrados y abiertos en relación con las ecuaciones de estado

Asume la puntualidad, orden y responsabilidad por los proyectos y trabajos realizados.

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase. Tema 11. Exposición video temas.

Actividad asincrónica Revisión de avance de trabajos Clase ingresada con anticipación al día de clase Visualización de video de referencia

Plataforma Microsoft Teams

SVA SVA Archivo PDF Clase 11 Software

12 Ciclo de Carnot. Ciclo de refrigeración Eficiencia y COP de ambos ciclos

Reconoce la utilidad y funcionamiento del ciclo de Carnot y ciclo de refrigeración y determina su eficiencia y COP con claridad

Reconoce la importancia del trabajo grupal y se integra y participa en forma efectiva en equipos multidisciplinarios de trabajo.

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase. Tema 12

Actividad asincrónica Clase ingresada con anticipación al día de clase Revisión de tareas

Plataforma Microsoft Teams

SVA SVA Archivo PDF Clase 12

13 Seminario de los temas anteriores.

Desarrollo de problemas de los temas tratados.

Aplica los conceptos básicos en la resolución de los problemas

Debe actuar de manera Autocrítica, autónoma, responsable y ética para su formación integral

14 Entropía. Cambio de entropía.

La entropía en los procesos reversibles e irreversibles

Conoce el concepto de entropía y diferencia los procesos reversibles y no reversibles, relacionándolos en el campo de la ingeniería.

Trabaja en grupo y realiza un resumen de entropía

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de seminario de problemas

Actividad asincrónica Preparación y revisión de seminarios.

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase. Tema 14 Clase ingresada con anticipación al día de clase

Actividad asincrónica Preparación de la practica Clase ingresada con anticipación al día de clase

Plataforma Microsoft Teams

SVA Archivo Seminarios

Plataforma Microsoft Teams

SVA Archivo PDF Clase 14 Archivo práctica a evaluar (3)

15 Cambio de entropía para sustancia pura y gases ideales.

Entropía aplicada a volúmenes de control

Conceptualiza la entropía y comprende el desorden molecular.

Manejar los conceptos teóricos y su aplicación en casos reales

Actividad sincrónica Videoconferencia. Exposición de la clase. Tema 15 Exposición video temas.

Actividad asincrónica Presentación del Trabajo final Visualización de video de referencia

Plataforma Microsoft Teams

SVA Archivo PDF Clase 15

TERCER EXAMEN

3.2. Procedimientos de evaluación

Unidad didáctica Indicadores de evaluación Instrumentos Procedimientos Evidencia o producto Peso

I Identifica los sistemas y principios termodinámicos simples

II Aplica la primera ley de la termodinámica en los sistemas cerrados y abiertos para resolver los problemas termodinámicos en gases ideales y sustancia pura

III Compara los diferentes enunciados de la segunda ley de la termodinámica y los utiliza en los diferentes tipos de máquinas térmicas

MapaConceptual Rúbrica de evaluación Cuestionario

Mapa Conceptual Rúbrica de evaluación Prueba de conocimientos

Presenta el esquema de un sistema termodinámico en un sistema productivo.

En cuadros comparativos diferencia la primera ley de sistemas cerrados de la primera ley en sistemas abiertos.

PrimerExamen Portafolio digital 0.30

Segundo Examen Trabajo de Investigación Exposición

Mapa Conceptual Prueba de conocimientos. Rúbrica, para evaluar el trabajo de investigación

3.3. Sistema de evaluación

0.30

Presenta oportunamente el trabajo de investigación Tercer Examen Prácticas Calificadas 0.40

El sistema de evaluación adoptado para la asignatura será:

PF = 0.30 x UD1 + 0.30 x UD2 + 0.40 x UD3

1

UD1: Primer Examen (20%) + P. Digital (10%)

UD2: Segundo Examen (20%) + T. Invest (10%)

UD3: Tercer Examen (20%) + P.P (20%)

Los calificativos de las unidades didácticas estarán en función de la evaluación de los indicadores, con los instrumentos propuestos; obteniéndose una nota promedio para cada una de ellas y que serán tomadas en cuenta para la determinación del promedio final.

IV. INVESTIGACIÓN FORMATIVA

La investigación es una función fundamental de la universidad; constituye un elemento importantísimo en el proceso educativo porque a través de ella se genera conocimiento y se propicia elaprendizaje para la generación de nuevo conocimiento; además, la investigación vincula la universidad con la sociedad.

Por esta razón, se propone el desarrollo de un proyecto de investigación en la asignatura de termodinámica.

El esquema del proyecto de investigación deberá contener los siguientes aspectos:

PROTOCOLO PARA LA ELABORACION DE PROYECTO DE TESIS

Título: Autor:

I. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1 Planteamiento del problema

1.2 Formulación del problema

1.3 Objetivos

1.4 Justificación e importancia

II. MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes del problema investigar

2.2 Bases teóricas

2.3 Marco conceptual

III. HIPÓTESIS

3.1 Hipótesis

3.2 Variables de estudio

IV. METODOLOGIA

4.1 Tipo o nivel investigación

4.2 Diseño de la investigación para contrastar la hipótesis

4.3 Población y Muestra

4.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos

4.5 Técnicas de procesamiento y análisis de datos

V. CRONOGRAMA

VI. PRESUPUESTO

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS:

NOTA: Tipo de letra (Times New Roman, tamaño 12), a doble espacio

V. RESPONSABILIDAD SOCIAL

Con la asignatura, cumplirá actividades de responsabilidad social a través de acciones relacionadas con la temática de la asignatura aplicando a estudiantes del nivel de su especialidad.

VI. CONSEJERIA/ORIENTACION

La orientación y consejería es un servicio organizado y dirigido a los estudiantes que cursan la asignatura, para esclarecer algunos tópicos no asimilados en las horas lectivas a fin de proteger el sano y positivo desarrollo integral del estudiante.

La asignatura de Termodinámica establece el horario de consultas para el día miércoles en las horas de 10: 00 a 11: 00 m

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Burghardt David. (1990). “Ingeniería Termodinámica” Editorial Harla México.

2. Gengel, Yunus yBoles,M. (2003). “Termodinámica”. TomosI y II. Editorial McGraw Hill. México.

3. HOWELL J. Buckius. (1984). “Principios de termodinámica para ingenieros”. Mc Graw- Hill. México.

4. J.B. Jones y R.E. Dugan. (1997). “Ingeniería Termodinámica”, Editorial Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. México.

5. KennethWark, Jr. (2001). “Termodinámica”. Editorial McGraw Hill .México.

6. Morán, M.J y Shapiro H.N. (2002). “Fundamentos de Termodinámica. Tomos I y II. Editorial Reverte. España.

7. NAKAMURA, Jorge, (1980). “Termodinámica Básica para Ingenieros” W.H. Editores, Lima.

8. Pooter, Merie. (2004). Termodinámica para Ingenieros. McGraw Hill. España.

9. Sears, F.W. (1973). “Termodinámica”. Reverte, Barcelona.

10. Smith,J.M. (1997). “Introducción a la Termodinámica”, McGraw Hill, México.

11. Wark, K y Richars, D. (2001). “Termodinámica” 6ta. Edic. Editorial McGraw- Hill. España.

12. Zueco, J. (2010). “100 Problemas Resueltos de Termodinámica Aplicada”. 1a Edición. Bellisco. España.

DIRECCIONES ELECTRONICAS

INTRODUCCIÓN

El siguiente portafolio digital, consiste en el mejoramiento de aprendizaje de un futuro ingeniero, ya que es una metodología interesante y muy útil para un estudiante universitario, así mismo permite recopilar datos mediante una revisión bibliográfica.

El portafolio digital es una técnica de evaluación del desempeño en la cual cada estudiante recopila los trabajos realizados en un curso, en el cual muestran sus habilidades, progreso y los logros alcanzado, mediante herramientas tecnológicas, con el objetivo de que le permita llevar un seguimiento del proceso de aprendizaje de cada semana, así mismo ayuda al estudiante a desempeñarse y darse cuenta de su capacidad mediante aportes y las competencias desarrolladas (valores, actitudes y habilidades) ante el curso de termodinámica.

OBJETIVOS GENERAL

 Realizar el portafolio digital, dando a conocer su importancia como instrumento de aprendizaje en todo el semestre académico 2022 I. OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Recopilar datos sobre los temas realizados en clase donde muestren el avance y logros del estudiante.

 Realizar y demostrar mediante gráficos, organizadores, apuntes, documentos, revisiones bibliográficas, etc. El desarrollo de temas yasí mismo el producto del aprendizaje obtenido.

Semana

Todo el entorno de estudio del curso de termodinámica se basara enel estudio de las propiedades, leyes y procesos termodinámicos, ciclos procesos de los vapores y las diferentes conversiones de calor en trabajo y viceversa aplicables dentro de un sistema de una planta.

Unidad de competencia

Describe los conocimientos relacionados con los diversos fenómenos de energía ylas propiedades de la materia, procesos con vapores a diseños (equipos ingeniería de producción).

“Generalidades de la termodinámica y sus leyes” Aspectos de relieve dentro del curso Silabo de termodinámica

Compresión de las propiedades termodinámicas

Laprimeraley de la termodinámica, con los procesos térmicos adecuados

La segunda ley de la termodinámica a diferentes casos de las maquinas térmicas.

Aplica

Aplica A p li c a

TERMODINÁMICA

MATERIALES AUDIOVISUALES

LEYES DE LA TERMODINÁMICALEY CERO

Establece que cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero también lo está entre sí. Proporciona el funcionamiento de los termómetros.

PRIMERA LEY

Establece que la energía total de un sistema permanece constante, aunque puede cambiar de una forma a otra.

Esta ley predice la dirección natural de cualquier proceso. Explica porqué elcalorfluye de un objeto caliente a uno frio.

TERCERA LEY

Se relaciona con la determinación de los valores de entropía. Esta ley nos permite medir valores absolutos de la entropía para cualquier sustancia.

transferencias

conversión de la

La capacidad de los sistemas para producir trabajo

LA TERMODINA MICA?

SEGUNDA LEY

Mide la inercia de los cuerpos; cantidad de materia que tenga.

MASA PESO

CONCEPTOS PREVIOS

VOLUMEN

Su valor depende del lugar donde este el cuerpo e habito de vida

Su expresión es kilogramos “Kg”

Su expresión es newton “N”

Su valor dependerá de la aceleración de la gravedad de un cuerpo.

Fuerza con que nos atrae cualquier cuerpo celeste.

Espacio que ocupa un cuerpo.

Unidad de medida: m3, dm3 , cm3, litro (L)

SISTEMA INTERNACIONAL

LOS SISTEMAS MÁS USADOS

SOLIDOS IRREGULARES

Son aquellos solidos que no tienen una forma definida propia. (Método de inmersión).

1. Se toma la probeta y se llena de líquido hasta cierta altura.

El sistema internacional de unidades es la forma actual del sistema métrico decimal y establece las unidades que deben ser utilizadas internacionalmente. Se establecen 7 unidades fundamentales.

El sistema más usado y sus unidades básicas son el metro, el kilogramo, el segundo, etc.

Denominado así porque sus magnitudes básicas son el centímetro, el gramo y el segundo.

En EUA se emplea el sistema inglés para medir longitud, peso y volumen (líquidos). Sus magnitudes: pie (ft), pulgada (in), lb, galón.

VOLUMEN ESPECÍFICO

Es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es la inversa de la densidad.

3. se introduce cuidadosamente el sólido y se toma la lectura final.

2. Se toma la lectura del volumen de agua alcanzado por el líquido (lectura inicial).

SISTEMA INTERNACIO NAL DE UNIDADES SISTEMA SEGESIMAL

INGLES

REVISIÓNBIBLIOGRÁFICA

La Termodinámica

Según (Castaños, 2015) a grandes rasgos, podemos definir la Termodinámica como la ciencia que estudia los cambios de energía que se producen en los procesos físicos y químicos.

Sistema Termodinámico

Un sistema termodinámico es una porción o región del espacio que separamos del resto para su estudio. Esta separación puede ser real o imaginaria, y lo que se encuentra fuera del sistema lo denominamos entorno (o medio ambiente) (Castaños, 2015):

Proceso Termodinámico

Además nos dice (Castaños, 2015) que un proceso termodinámico es una transformación en la que un sistema intercambia energía con su entorno. Idealmente, consideramos que tiene lugar entre dos estados en equilibrio termodinámico, y pueden ser reversibles (ideales) o irreversibles (reales).

Equilibrio Termodinámico

Así como en mecánica describimos el movimiento de una partícula a través de su posición y velocidad, en termodinámica determinamos el estado de un sistema en términos de ciertos atributos macroscópicos susceptibles de ser medidos experimentalmente. Estos atributos que describen la condición física del sistema, están íntimamente relacionados con las restricciones impuestas al mismo.

Las variables termodinámicas serán diferentes para describir diferentes sistemas físicos y aún más, los valores de éstas variarán con el tiempo en un mismo sistema. Así, decimos que un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico cuando los valores numéricos asignados a las variables termodinámicas que lo describen no varían con el tiempo (ibero, 2015)

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Castaños, E. (28 de Junio de 2015). CIENCIADELUX. Recuperado el 14 de Agosto de 2022, de Conceptos fundamentales de termodinámica: https://cienciadelux.com/2015/06/28/conceptos fundamentales de termodinamica/ ibero. (S,f, de 2015). Repositorio. Recuperado el 14 de Agosto de 2022, de Termodinámica: https://ibero.mx/campus/publicaciones/fisica/pdf/15termodinamica.pdf

PROPIEDADES TERMODINÁMICAS

Características o particularidades en cambios de energía.

DENSIDAD

Una relación que existe entre su masa y el volumen que ocupa.

DENSIDAD RELATIVA

Denominada gravedad especifica o densidad especifica.

SISTEMAS

FUERZA

Mediante la segunda ley del movimientodeNewtonlafuerza es proporcional a la masa por la aceleración. Para definir el peso se toma entonces el valor de la aceleración local de la gravedad así: F ∝ m a

ABSOLUTOS SISTEMA INTERNACIONAL

Se definen tomando el valor unitario para gc lo cual da como resultado la aparición de unidades de fuerza derivadas tales como la dina, el poundal, y el newton.

PRESIÓN

La presión de un fluido (P) se define como la cantidad de fuerza que se ejerce sobre un área unitaria A.

PRESION ABSOLUTA

Denominada gravedad especifica o densidad especifica

Peso Específico

Cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia.

PresiónYDensidad”

Fuerza En SI De Unidades

La unidad de fuerza es el newton (N), y se define como la fuerza requerida para acelerar una masa de 1 kg a razón de 1 m/s2

Presión Termodinámica

Es la fuerza por unidad de área aplicada sobre un cuerpo en la dirección perpendicular a su superficie.

Tipos de presión Presión atmosférica

Es la presión ejercida por la atmósfera terrestre se mide con un barómetro de mercurio, de ahí que también se le denomina presión barométrica Esta presión atmosférica varia con la altura que se esté analizando con respecto al nivel del mar. Se denota como Patm.

Entonces se tiene el siguiente criterio:





A mayor altura, menor presión atmosférica.

A menor altura, mayor presión atmosférica.

A nivel del mar la presión atmosférica corresponde a 1 atmósfera

Es la suma de la presión manométrica y de la presión atmosférica; se denota como Pa.

Pabs = Manométrica + Atmosférica

Presión Manométrica

Es la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición. Y se mide con un manómetro.

Manómetro:

Es un tubo en U, que contiene mercurio en su interior, uno de sus extremos está abierto a la atmósfera y el otro se conecta al recipiente en donde se quiere medir la presión.

PRINCIPIOS DE LA HIDROSTÁTICA

La presión ejercida por un fluido de densidad ρ en un punto situado a una profundidad h de la superficie es numéricamente igual a la expresión indicada.

Las presiones absoluta y manométrica en un líquido abierto a la atmósfera a una profundidad h desde la superficie libre:

REVISIONBIBLIOGRAFICA

LA DENSIDAD

Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos (UPC, 2018)

Tipos De Densidad

La densidad absoluta o densidad normal, también llamada densidad real, expresa la masa por unidad de volumen. Cuandonose haceninguna aclaraciónal respecto,el término«densidad»suele entenderse en el sentido de densidad absoluta.

La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una sustancia y una densidad de referencia, resultando una magnitud adimensional y, por tanto, sin unidades.

PRESION

Un sólido al entrar en contacto con otro ejerce una fuerza en su superficie tratando de penetrarlo. El efecto deformador de esa fuerza o la capacidad de penetración depende de la intensidad de la fuerza ydel área de contacto. La presión es la magnitud que mide esa capacidad (Recursostic.edu, S.f.).

Presión Hidrostática

La Hidrostática trata de los líquidos en reposo. Un líquido encerrado en un recipiente crea una presión en su seno y ejerce una fuerza sobre las paredes que lo contienen.

La presión hidrostática es un punto del interior de un líquido es directamente proporcional a la densidad del fluido, d, a la profundidad, h, y la gravedad del lugar, g.

Su unidad en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa=1 N / m2).

Los fluidos (líquidos y gases) ejercen también una presión, P = dgh, sobre cualquier cuerpo sumergido en ellos. La presión serátantomayorcuantomásdensoseael fluidoymayorlaprofundidad. Todos los puntos situados a la misma profundidad tienen la misma presión.

Presión Atmosférica





La atmósfera es la capa gaseosa que rodea la Tierra.

Tiene un espesor de aproximadamente 100 km que, frente a los 6.400 km del radio de la Tierra o frente a las inimaginables distancias cósmicas, nos da una idea de lo frágil que es la capa que sustenta la vida.

 Contiene gases en continua agitación y movimiento que determinan el clima. El peso de los gases origina la presión (P = dgasesgh).



Su elemento más abundante es el nitrógeno (gas muy inerte) seguido del oxidante oxígeno (21%) que nos permite respirar; el ozono nos protege de los rayos ultravioleta. Muchos meteoritos arden totalmente en ella. También contiene partículas sólidas en suspensión.



Su composición y la proporción de sus gases se mantuvieron constante durante milenios.

LA FUERZA

La fuerza es una magnitud física que suele definirse a partir de los efectos que produce. Así, decimos que una fuerza es todo agente con capacidad de alterar el estado de reposo o de MRU de un cuerpo, o de producir en él una deformación.

Las fuerzas son acciones recíprocas entre dos o más cuerpos que producen cambiosen la forma y/o en el movimiento de un cuerpo. Es decir, un empujón, un golpe, un tirón, etc. Son ejemplos de fuerzas actuando sobre un cuerpo (Prado, 2020).

Las fuerzas, dado que son acciones recíprocas entre dos o más cuerpos, también se les llamaremos interacciones.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Prado, L. M. (03 de Setiembre de 2020). Departamento de Ciencias/ Física. Recuperado el 16 de Agosto de 2022, de ¿Qué es la fuerza?: http://www.secst.cl/colegio online/docs/03092020_619am_5f50df48ac173.pdf

Recursostic.edu. (S.f.). Cide@dmec.es. Recuperado el 16 de Agosto de 2022, de FUERZA Y PRESION EN LOS FLUIDOS: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/4quincena4/impresos/quinc ena4.pdf

UPC. (S.f. de 2018). Repositorio de la upc. Recuperado el 16 de Agosto de 2022, de DENSIDAD: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/9403/4.2.+Densidad.pdf?sequence=9

TIPOS DE ENERGIA

CINETICA POTENCIAL INTERNA

ENERGÍA TOTAL

ENERGÍA TOTAL

ENERGÍA TOTAL= Suma de todas las energías

ENERGIA ALMACENADA EN UN SISTEMA

e= se denota así la energía por unidad de masa.

CALOR

Energía que se transfiere entre 2 cuerpos como consecuencia de su diferencia de temperaturas.

En el sistema SI, se mide en Joule.

En el sistema inglés, se mide en BTU

EQUILIBRIO TÉRMICO

Se utiliza para igualar las temperaturas ya que el de mayor temperatura transfiere calor al de menor temperatura

La transferencia de calor hacia un sistema es positiva y la transferencia de calor desde un sistema es negativa.

SIGNOS DE

FORMADE TRANSMISIÓN

CONDUCCIÓN: Forma que el calor se propaga en sólidos CONVECCIÓN: Forma de transmisión en los líquidos y gases

RADIACIÓN: Transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas

AISLANTES TÉRMICOS

Materiales que conducen con dificultad el calor

CONDUCTORES TÉRMICOS

Son materiales que conducen con facilidad el calor.

CALOR ABSORBIDO

CALOR CEDIDO POR

UNIDADES DE

Caloría

La kilocaloría (kcal).

La unidad térmica británica

El joule (j).

CALOR LATENTE (cambio de

CALOR SENSIBLE

Cantidad de calor que absorbe o libera un cuerpo sin que en el ocurran cambios en su estado físico (cambio de fase)

CALOR ESPECIFICOCALOR LATENTE

cantidad de calor que necesita una sustancia para pasar del estado sólido a líquido o de líquido a gas sin cambio de temperatura. En el caso del agua, el calor latente de fusión del hielo se define como la cantidad de calor que necesita un gramo de hielo para pasar del estado sólido al líquido manteniendo la temperatura constante en el punto de fusión (273 k).

• Calor latente de fusión del hielo a 0°C, 80 cal/g

• Calor latente de evaporación del agua a 100 °C, 540 cal/g

Cantidad de calor que por kilogramo necesita un cuerpo para que su temperatura se eleve en un grado centígrado

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA TRABAJO

TEMPERATURA

Medida de la energía cinética de las partículas que forman un cuerpo

ESCALAS TERMOMÉTRICAS

-Celsius o centígrado: escala másutilizada

-Kelvin o absoluta: escala detemperatura del Sistema Internacional.

La dilatación y la contracción de los cuerpos es uno de los métodos más usados para medir la temperatura

CAMBIOS DE ESCALA

De kelvin a grados Celsiust= T 273

De grados Celsius a

ENERGÍA TÉRMICA

Es la suma de las energías cinéticas de todas las partículas de un cuerpo.

TRABAJO EN PROCESOS ISOTERMICOS

Considerando que la temperatura permanece constante. Por tanto el trabajo en este tipo de procesos, esta dada por ecuación de estado.

TRABAJO DE EXPANSION

TRABAJO EN PROCESOS ISOBARICOS

Considerandoquela presiónpermanece constante.Portanto el trabajo en este tipo de procesos, es igual al producto de la presión por la diferencia de los volúmenes.

TRABAJO DE COMPRENSION

SISTEMA TERMODINÁMICO

Semana 06

SISTEMA TERMODINAMICO

Sistema: Objeto en estudio, el cual está rodeado de un entorno y el medio ambiente. Región imaginaria sobre la cual centramos nuestra atención

Límite del sistema o frontera: Superficie que separa al sistema de sus alrededores.Puede ser fija o móvil.

Alrededores, entorno o ambiente: Masa o región fuera del sistema

Universo termodinámico: sistema + ambiente.

Fronteras del sistema

Tipos de sistema termodinámico

o Cerrad o Abiert o

Volumen de control

Un volumen de control es una región fija en el espacio elegida para el estudio termodinámico de los equilibrios de masa y energía para sistemas de flujo. El límite del volumen de control puede ser una envolvente real o imaginaria. La superficie de control es el límite del volumen de control

Superficie de control

Es aquella superficie, real o no, que delimita el volumen de control. El tamaño y la forma del volumen de control son totalmente arbitrarios, y se lo selecciona de forma de favorecer el análisis a efectuar. La masa y/o la energía pueden atravesar las superficies de control.

PROPIEDADES TERMODINÁMICAS

Una propiedad es cualquier parámetro o cantidad que sirve para describir a un sistema. Son las que describen el estado de un sistema termodinámico. Propiedad termodinámica es una variable que cuantifica la situación de unsistema. Las propiedades son las siguientes:

PROPIEDADES INTENSIVAS

No depende de la cantidad de materia que se considere. Se les representa con letras minúsculas a excepción de latemperatura. No son aditivos.

EJEMPLOS:

PROPIEDADES EXTENSIVAS

Depende de la cantidad de materia que se considere. Dependen de la masa. Propiedad que cambia a medida que cambia la cantidad de materia. Se les representa conletra mayúscula. Son aditivas.

EJEMPLO: H, U, V, S, energía, masa, longitud

PROPIEDADES ESPECÍFICAS

Si dividimos una propiedad extensiva entre la masa, resulta una propiedad específica. Se les representa con letras minúsculas. El volumen específico se define como el cociente del volumen sobre su masa.

ESTADO TERMODINÁMICO

Conjunto de valores que tienen las propiedades termodinámicas en ese instante.Describe por completo la forma en que existe dicha propiedad

PROCESO TERMODINÁMICO

Tiene lugar cuando un sistema cambia de un estado a otro.

Todo proceso termodinámico implica un intercambio de materia y/o energía con el exterior.

TRAYECTORIA DEL PROCESO

Serie de estados por los que pasa un sistema durante este proces

Los procesos pueden ser:

Procesos Reversibles.

es un proceso en el que el sistema y el ambiente pueden restablecerse exactamente a los mismos estados iniciales en los que se encontraban antes de que ocurriera el proceso, si retrocedemos a lo largo de la trayectoria del proceso.

Ejm: compresión ó expansión de un gas.

Proceso Irreversibles.

Una transformación de un sistema pasando de un estado inicial a un estado final es irreversibles si el paso del estado final al inicial es imposible sin efectuar ningún cambio a los cuerpos del antorno; esto es, el retorno precisa compensación.

CICLO TERMODINÁMICO

Es la sucesión de varios procesos termodinámicos o proceso en que el sistema retorna a su estado inicial. Ciclo de Carnot.

PROCESOS CUASIESTÁTICOS

Es un proceso que se lo lleva lentamente y en cada instante de tiempo el gas ideal se encuentra en equilibrio termodinámico.

Definimos a un proceso adiabático como aquel donde no entra ni sale calor del sistema.

Graficas de los tipos de procesos.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

“La energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma de un tipo a otro”

1. SISTEMAS CERRADOS

PRIMERA LEY PARA UN PROCESO Formulación matemática:

Esta leyes la que relaciona el trabajo W, el calor Q yla energía total E por medio de una ecuación.

PRIMERA LEY PARA UN CICLO

Es el proceso que empieza y termina en el mismo estado. En éste caso ΔU = 0, y el calor agregado al sistema debe ser igual al trabajo realizado durante el ciclo

2. SISTEMA ABIERTO

PRIMERA LEY PARA UN VOLUMEN DE CONTROL

Volumen de Control:región de espacio encerrada para fines de estudio. La superficieque limita al volumen de control se llama frontera o superficie de control.

PARA LOS SISTEMAS DE PROCESAMIENTO

CASOS:

1) MA = 0.

Proceso estacionario, Proceso estable, Proceso No Trasciente, Régimen permanente (F.E.E.S)

ME = Ms

Ejemplos: Molienda, secado, liofilización, pulpeado, turbinas, toberas, condensadores, etc.

2) MA , es diferente de cero. Proceso no estacionario, Proceso Inestable, Proceso transitorio, o estado no permanente (F.E.U.S)

ME = Ms + MA

Ejemplos: Tanque de aire comprimido, llenado de un tanque, proceso de dosificación

Aplicación del primer principio a sistemas abiertos

APLICACIÓNDEL PRIMERPRINCIPIO A SISTEMASABIERTOS

Ecuación estacionaria de la energía: Sistema estacionario con 1 entrada y 1 salida:

Ecuación de la continuidad: es un producto de la ley de conservación de la masa, que manifiesta que, en un conducto o tubería, sin importar su sección; mientras no existan derivaciones, la cantidad de fluido que entra por uno de sus extremos debe salir por el otro. O sea que se conservael fluido a través de una cañería.

REVISION BIBLIOGRÁFICA

Turbina: Una turbina es un dispositivo que genera potencia mecánica en rotación a partir de la energía de una corriente de fluido. Esa energía, que originalmente es de carga o presión, se convierte en energía de velocidad al pasar por un sistema de aspas estacionario y movible en la turbina. Así se hacen cambios en la magnitud y dirección de la velocidad del fluido para ocasionarfuerzas tangenciales sobre las aspas rotatorias y producir potencia mecánica con la rotación del motor. Enlasturbinas, se efectúa la conversiónde la energía del fluido enmecánica con los principios de impulsión, reacción o una combinación de los dos.

Bombas y compresores:

Bombas: El funcionamiento en si de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea,transformará la energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido.

Compresor: es una máquina que eleva la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen especifico del mismodurante su paso a través del compresor. Comparados con turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como máquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión.

Válvulas y tuberías:

Válvula: Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.

Tubería: Una tubería es un sistema que se desarrolla con tubos por donde puede circulargas, agua y otras sustancias. Un tubo, en tanto, es un cilindro hueco que suele utilizarse para el transporte o el almacenamiento de fluidos.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

https://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/7421/mod_resource/content/1/Tema%204.%20Primer % 20principio SA.pdf

Audiovisuales: https://www.academia.edu/16580026/Bombas_y_compresores https://www.youtube.com/watch?v=zEuVc5RKu9Y https://www.youtube.com/watch?v=_n2ozXyNBSc

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Semana

LEY DE LOS GASES IDEALES

Los gases ideales es una simplificación de los gases reales que se realiza para estudiarlos de manera más sencilla. En sí es un gas hipotético que considera:









Formado por partículas puntuales sin efectos electromagnéticos.

Las colisiones entre las moléculas y entre las moléculas y las paredes es de tipo elástica, es decir, se conserva el momento y la energía cinética.

La energía cinética es directamente proporcional a la temperatura.

Los gases se aproximan a un gas ideal cuando son un gas mono atómico, está a presión y temperatura ambiente.

La ecuación del gas ideal se basa en la ley de Boyle, la de Gay Lussac, la de Charles y la ley de Avogadro.

Ley de Charles

Corresponden a las transformaciones que experimenta un gas cuando la presión es constante. Así tenemos que

Cuando la temperatura se acerca al cero absoluto, todos los gases tienden al mismo comportamiento.

Ley de Gay Lussac

Corresponde a las trasformaciones que sufre un gas ideal cuando el volumen permanece constante.

Ley de Boyle

Corresponde a las transformaciones que experimenta un gas cuando su temperatura permanece constante.

La curva que describe el gráfico P versus Volumen, corresponde a una isotérmica, es decir a todos los puntos donde la temperatura es la mism

Ley combinada de los gases:

Ley de Avogadro

Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas.

Donde la formula será: V1/n1 = V2/n2

Ley de la presión parcial de Dalton: La ley de presión parcial de Dalton establece que la presióntotal de una mezcla de gases es la suma de la presión parcial de sus componentes:

PTotal=Pgas 1+Pgas 2+Pgas 3...

Donde la presión parcial de cada gas es la presión que el gas ejercería si fuera el único gas en elrecipiente.

Esto se debe a que suponemos que no hay fuerzas de atracción entre los gases.

Ecuación universal de los gases:

Donde:

P= es la presión del gasV = el volumen del gas n= el número de moles

T= la temperatura del gas medida en KelvinR= la constante de los gases ideales

Condiciones normales: se considera condición normal, cuando la presión sea igual a 1 atmosfera,la temperatura sea a 0°C y el volumen sea igual a 22.4lt/mol.

Constante universal de los gases: esta constante se puede hallar utilizando la formula: Ru = R*M

Donde:

R=constante particular de cada gasM=masa molar del gas

Calculo de R:

De la formula anterior podemos despejar R: R=Ru/M

PROCESO POLITROPICO

Un proceso politrópicoesunprocesotermodinámicoqueocurre cuando la relación entre la presión P y el volumen V dada por P.Vn se mantiene constante.Elexponente n esunnúmeroreal,generalmentecomprendidoentre cero e infinito, pero que en algunos casos puede ser negativo.

El valor de n recibe el nombre de índice de politropía y es importante resaltar que durante un proceso termodinámico politrópico dicho índice debe mantener un valor fijo, de lo contrario el proceso no se considerará politrópico.

Características de los procesos politrópicos

Algunos casos característicos de procesos politrópicos son:

El proceso isotérmico (a temperatura T constante), en el que el exponente es n=1.

Un proceso isobárico (a presión P constante), en este caso n=0.

El proceso isocórico (a volumen V constante), para el cual n=+∞.

Los procesos adiabáticos (a entropía S constante), en los cuales el exponente es n=γ, siendo γ la constante adiabática. Esta constante es el cociente entre la capacidad calorífica a presión constante Cp dividido entre la capacidad calorífica a volumen constante Cv: γ=Cp/Cv

Cualquier otro proceso termodinámico que no sea alguno de los casos anteriores. pero que cumpla P.Vn = ctte con índice politrópico real y constante n será también un proceso politrópico.

Una de las principales aplicaciones de la ecuación politrópica es para elcálculodeltrabajorealizadoporunsistematermodinámicocerrado,cuando pasadeunestadoinicialaotro finalenformacuasiestática,esdecir,siguiendo una sucesión de estados de equilibrio.

Trabajo en procesos politrópicos para distintos valores de n Para n≠1

El trabajo mecánico W realizado por un sistema termodinámico cerrado se calcula mediante la expresión:

W = ∫P.dV

Donde P es la presión y V el volumen.

Como en el caso de un proceso politrópico la relación entre la presión y el volumen es: P.V n = constante =C

Despejando P de la expresión anterior para sustituirla en la expresión del trabajo: P = C /V n

Se tiene el trabajo mecánico realizado durante un proceso politrópico, el cual comienza en un estado inicial 1 y termina en el estado final 2. Todo esto aparece en la siguiente expresión:

C = P1 V1 n = P2 V2 n

Al sustituir el valor de la constante en la expresión del trabajo se obtiene:

W = (P2 V2 P1 V1)/(1 n)

En el caso que la sustancia de trabajo pueda modelarse como un gas ideal, se tiene la siguiente ecuación de estado: P.V = m.R.T

Donde m es el número de moles del gas ideal y R es la constante universal de los gases.

Para un gas ideal que sigue un proceso politrópico con indice de politropía diferente de la unidad y que pasa de un estado con temperatura inicial T1 a otro estado con temperatura T2 se tiene que el trabajo efectuado está dado por la siguiente fórmula:

W = m R (T2 T1)/(1 n)

Para n → ∞

De acuerdo a la fórmula para el trabajo obtenida en la sección previa, se tiene que el trabajo de un proceso politrópico con n = ∞ es nulo, debido a que la expresión del trabajo queda dividida entre el infinito y por tanto el resultado tiende a cero.

Otra forma de llegar a este resultado es partir de la relación P1 V1 n = P2 V2 n , la cual puede ser reescrita de la siguiente manera: (P1/P2) = (V2/V1)n

Tomando raíz n ésima en cada miembro se obtiene: (V2/V1) = (P1/P2)(1/n)

En el caso que n → ∞, se tiene que (V2/V1)=1, lo que significa que: V2 = V1

Es decir, el volumen no cambia en un proceso politrópico con n → ∞. Por tanto el diferencial de volumen dV en la integral del trabajo mecánico es 0. A este tipo de procesos politrópicos se les conoce también como procesos isocóricos, o procesos a volumen constante.

Para n = 1

Nuevamente tenemos la expresión la expresión para el trabajo:

W = ∫P dV

En el caso de un proceso politrópico con n = 1, la relación entre la presión y el volumen es: P V = constante= C

Al despejar P de la expresión anterior y sustituir, se tiene el trabajo realizado para ir desde el estado inicial 1 hasta el estado final 2:

Es decir: W = C ln(V2/V1).

Como los estados inicial y final están bien determinados, también lo estará la ctte. Es decir: C= P1 V1 = P2 V2 Finalmente se tienen las siguientes expresiones útiles para hallar el trabajo mecánico de un sistema cerrado politrópico en el que n=1.

W= P1 V1 ln(V2/V1) = P2 V2 ln(V2/V1)

Silasustanciadetrabajoconstade m molesdegasideal,entoncespuede aplicarse la ecuación de estado del gas ideal: P V = m.R.T. En este caso, como P.V1 = ctte, se tiene que un proceso politrópico con n=1 es un proceso a temperatura T constante (isotérmico), de modo que pueden obtenerse las siguientes expresiones para el trabajo:

W = m R T1 ln(V2/V1) = m R T2 ln(V2/V1)

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Bauer, W. 2011. Física para Ingeniería y Ciencias. Volumen 1. Mc Graw Hill.

Cengel, Y. 2012. Termodinámica. 7ma Edición. McGraw Hill. Figueroa, D. (2005). Serie: Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen 4. Fluidos y Termodinámica. Editado por Douglas Figueroa (USB). Romani, J., Quiroga, P., Larreguy, M. G., & Frigerio, M. P. (2002) Estudio experimental de procesos termodinámicos.

SEMANA

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

Basada en el principio de la conservación de la energía, se utiliza para saber la dirección de la energía en un determinado proceso.

“el calor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente”. (Estudia la dirección natural del flujo de calor de las temperaturas altas hacia las temperaturas bajas).

La energía se puede ceder del objeto de mayor temperatura al de menor temperatura, pero no a la inversa.

Ejemplos: Un aire acondicionado puede enfriar el aire en una habitación. Al enfriar el aire reduce la entropía del aire de ese sistema. El calor expulsado de la habitación (el sistema) siempre contribuye más a la entropía del ambiente que la disminución de la entropía del aire de ese sistema.

ENUNCIADOS DE LA SEGUNDA LEY

1. Enunciado de Clausius

Esimposibleunprocesocuyoúnicoresultadoseatransferirenergíaenforma de calor de un objeto a otro a mayor temperatura

El enunciado de Clausius del Segundo Principio de la Termodinámica prohíbe la existencia de refrigeradores ideales

Es imposible un proceso que tenga como único resultado el paso de calor de un foco frío a un foco caliente Expresa un hecho empírico. En términos llanos, el enunciado de Clausius nos dice que para enfriar algo por debajo de la temperatura ambiente es necesario un trabajo adicional, esto es, que un frigorífico no funciona si no se enchufa

El enunciado de Clausius establece un sentido para la propagación del calor. Éste fluye de manera espontánea de los cuerpos calientes a los fríos, nunca a la inversa.

2. Enunciado de Kelvin Planck

A la hora de aumentar la eficiencia de una máquina, el primer objetivo sería reducir, o eliminar si es posible, el calor de desecho Qout.

Este enunciado refleja un hecho empírico y no se deduce de ninguna ley previa.

El enunciado de Kelvin Planck afirma que es imposible construir una máquina que tenga un rendimiento del 100%. Siempre habrá calor de desecho que, en la mayoría de los casos equivale a más de la mitad del calor absorbido.

Es importante señalar que el enunciado de Kelvin Planck habla de procesos cíclicos, que dejan al sistema en un estado final igual a la inicial. Sí es posible transformar calor en trabajo si el estado final es diferente de la inicial.Por ejemplo,en unaexpansión isoterma de ungas, todo el calor que entra se transforma íntegramente en trabajo, pero al

final el volumen del gas es diferente de la inicial.

MAQUINAS TERMICAS

La definición moderna del término máquina es el conjunto de elementos que permiten vencer una resistencia o transformar una información aplicando una energía. El curso pasado se analizaron los elementos que pueden componer una máquina, comoengranajes, tornillos, etc.En este curso se analizanlas máquinas térmicas.

Una máquina térmica es un dispositivo que trabaja de forma cíclica o de forma continua para producir trabajo mientras se le da y cede calor, aprovechando las expansiones de un gas que sufre transformaciones de presión, volumen y temperatura en el interior de dicha máquina. Veremos el funcionamiento real de algunas máquinas, y el ciclo termodinámico que sigue el gas en su interior, pero para realizar cálculos hacemos unas hipótesis:

1. El gas que evoluciona en el interior de la máquina es ideal.

2. Aunque suele entrar y salir gas de las máquinas, se analiza un volumen fijo, como si fuera siempre el mismo gas el que se calienta, se enfría, recibe o realiza trabajo.

3. Las combustiones se consideran como aportes de calor desde una fuente a temperatura elevada, y la expulsión de gases quemados con la pérdida de calor que eso supone, se considera enfriar el volumen fijo.

4. Los procesos que sufre el gas son cíclicos, y el final de cada ciclo coincide con el estado inicial del gas.

CICLO DE CARNOT

Proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas, tal como se muestra en la figura.

La representación gráfica del ciclo de Carnot en un diagrama p V es el siguiente

Tramo A B isoterma a la temperatura T1 Tramo B C adiabática. Tramo C D isoterma a la temperatura T2 Tramo D A adiabática.

ETAPAS DEL CICLO

1. Transformación A->B (isoterma)

La presión pB se calcula a partir de la ecuación del gas ideal Variación de energía interna Trabajo Calor

2. Transformación B >C (adiabática)

La ecuación de estado adiabática es o bien, . Se despeja vc de la ecuación de la adiabática Conocido vc y T2 se obtiene pc, a partir de la ecuación del gas ideal. . Calor

Variación de energía interna

3. Transformación C->D (isoterma)

Variación de energía interna Trabajo Calor

4. Transformación D-> A (adiabática)

Se despeja vD de la ecuación de la adiabática Conocido vD y T2 se obtiene pD, a partir de la ecuación del gas ideal.

Calor

Variación de energía interna Trabajo

CICLO COMPLETO



Variación de energía interna

En un proceso cíclico reversible la variación de energía interna es cero

 Trabajo

Los trabajos en las transformaciones adiabáticas son iguales y opuestos. A partir de las ecuaciones de las dos adiabáticas, la relación entre los volúmenes de los vértices es, lo que nos conduce a la expresión final para el trabajo.

Calor

En la isoterma T1 se absorbe calor Q>0 ya que vB>vA de modo que

En la isoterma T2 se cede calor Q<0 ya que vD<vC

Rendimiento del ciclo

Se define rendimiento como el cociente entre el trabajo realizado y el calor absorbido MOTOR Y FRIGORÍFICO

Un motor de Carnot es un dispositivo ideal que describe un ciclo de Carnot. Trabaja entre dos focos, tomando calor Q1 del foco caliente a la temperatura T1, produciendo un trabajo W, ycediendouncalor Q2 al foco frío a la temperatura T2

En un motor real, el foco caliente está representado por la caldera de vapor que suministra el calor, el sistema cilindro émboloproduceeltrabajoysecedecaloralfoco frío que es la atmósfera.

La máquina de Carnot también puede funcionar en sentido inverso, denominándose entonces frigorífico. Se extraería calor Q2 del foco frío aplicando un trabajo W, y cedería Q1 al foco caliente.

En un frigorífico real, el motor conectado a la red eléctrica produce un trabajoque seempleaenextraeruncalordelfoco frío (la cavidad del frigorífico) y se cede calor al foco caliente, que es la atmósfera.

EJEMPLO:

a. Un gas diatómico, cv=5R/2, describe el ciclo de Carnot de la figura. Las transformaciones A B y C D son isotermas y las transformaciones B C y D A son adiabáticas.

 Hallar los valores de la presión, el volumen, y la temperatura de cada uno de los vértices A, B, C y D a partir de los datos suministrados en la figura.



Calcular de forma explícita el trabajo en cada una de las transformaciones, la variación de energía interna, y el calor.



Hallar el rendimiento del ciclo, y comprobar que coincide con el valor dado por la fórmula del rendimiento de un ciclo de Carnot.

Dato: R=8.314 J/(K mol)=0.082 atm.l/(K mol)

NOTA CIENFIFICA

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

Fortuny, F. (2007). La dimensión mítica de las teorías científicas. Notas para otro ensayo poético de teofísica.

Wark, K., & Richards, D. E. (2001). Termodinámica (No. QC311 W3718 1996). Madrid, Spain: McGraw Hill.

Jimenez Carballo, C. A. (2018). Segunda ley de la termodinámica.