Mecnica de Fluidos

Propiedades de la TermodinmicaSesin 2

Ing. Fuentes Jara OscarObjetivosDar a conocer los conceptos de : Estado, Proceso, Equilibrio, Sistema Internacional de Unidades, T, P, V.Adquirir habilidades en la solucin de problemas termodinmicos.Explicar visualmente los diagramas p-v-T para sustancias puras.Transmitir los conceptos de Energa Interna, Entalpia y Entropa.Lquidos incomprensibles/procesos para gases ideales poli trpicos.CompetenciasRelacionar y aplicar los principios termodinmicos en procesos energticos industriales.Propiedades Termodinmicas son caractersticas que se pueden observar, medir o cuantificar en las sustancias o en los sistemas, la cantidad y tipo de propiedades dependen del tipo de observacin ( macro o micro ).

P. Intensivasson aquellas que son independientes de la masa del sistema, como la temperatura, presin y densidad.TotalFlujo

P. Extensivasson aquellas cuyo valor depende del tamao o extensin del sistema; masa total, volumen total, y momentum total. Las propiedades extensivas se transforman en intensivas dividiendo por la masa. Las propiedades por unidad de masa se conocen comoespecficas. El volumen especfico se calcula dividiendo el volumen total V por la masa m.IntrinsecaExtrinseca

Estado Termodinmico es una coleccin de todas sus propiedades termodinmicas en un instante dado.

Proceso Termodinmico es la transformacin de un estado a otro, pasando por diferentes estados. Algunos procesos se caracterizan por mantener alguna variable termodinmica constante:isotrmico temperatura constanteisobrico presin constanteisomtrico volumen constanteAdiabtico sin transferencia de calor

Sustancia Pura aquella compuesta de solo una especie qumica, la cual puede existir es mas de una fase. Diferentes fases de una sustancia tienen la misma composicin qumica pero diferente estructura fsica, tales como slido, lquido y gas.

SI es una sola especie qumica

NO el aire es una mezcla de sustancias, en ciertos casos se modela como puro

SI es una sola especie qumica

Equilibrio Termodinmico

Cuando un sistema es incapaz de experimentar espontneamente algn cambio de estado o proceso termodinmico.Sistema Internacional de Unidades es el que se usa en todos los pases del mundo a excepcin de tres que no lo han declarado prioritario o nico.

Unidades Bsicas Unidades Derivadas

Tcnicas de Solucin de ProblemasFactor de Conversin para realizar cambios de unidades de la misma magnitud.DiagramasInterpolacin

Tcnicas de Solucin de Problemas

Diagramas de Estado

Diagrama T-Q para sustancias puras

Diagrama T-Q para sustancias puras

Diagrama P-T para sustancias puras

Diagrama P-V para sustancias puras

Diagrama P-V-T para sustancias puras

Procesos cuasi esttico, trayectoria de sucesivos estados de equilibrio.

Proceso reversible, es cuasi esttico sin friccin, se puede regresar al estado inicial.

Proceso irreversible, los estados intermedios no corresponden a estados de equilibrio.

Procesos TermodinmicosProceso Isobrico ( Presin Cte )

El trabajo W es la integral de la presin respecto al volumen.

,

, Solucin.- Aplicando la ecuacin general de estado Por ser un proceso ISOBARICO P1 = P2 Despejando la temperatura final T2 V1 = 300m3 T1 = 82C = 355K T2 = 0C = 273K

V2 = ( V1 x T1 ) / T1 = ( 300 x 273 ) / 355 V2 = 230.7 cm3Ejemplo N01.-Calcular el volumen de un a PRESION CONSTANTE a 0C, si ocupa un volumen de 300m3 . Cuando su temperatura es de 82C

, Ejemplo N02.-Un gas ocupa a 0 C un volumen de 3x10-2 m3 si al calentarlo a PRESION CONSTANTE se dilata a 2.5x10-2 m3 . Calcular la temperatura final.Solucin.- Aplicando la ecuacin general de estado Por ser un proceso ISOBARICO P1 = P2 Despejando la temperatura final T2

Entonces

Reemplazando

Proceso Isomtrico ( Volumen Cte )

El proceso no realiza trabajo W = 0,

,

Proceso Isotrmico ( Temperatura Cte )

El calor de entrada es igual al trabajo efectuado por el gas W = Q, ,

Proceso Isoentrpico (Entropa Cte)

Un sistema especial (ADIABATICO REVERSIBLE) en el cual no se pierde ni tampoco se gana energa calorfica Q = 0 elcalor especficomolar a presin constante el calor especfico molar a volumen constante, ,

Entalpia una propiedad de Combinacinh = u + P . V , H = U + P . V ,(kJ / kg)(kJ)

El producto presin x volumen tiene unidades de energaSe usa como una aproximacin de los procesos reales. Durante procesos reales de expansin y compresin de gases, la presin y el volumen suelen relacionarse mediante P Vn = C , donde n y C son constantes.

Proceso Poli trpico

ProcesosValor de n en pVn=cteIsobrico0IsomtricoIsotrmico1AdiabticoKPolitrpicon

Algunas propiedades suelen presentarse en forma de tablas. Algunas se miden con facilidad, pero otras no y deben calcularse a travs de las relaciones que involucren propiedades medibles. Los resultados de estas mediciones y clculos se presentan en tablas con un formato conveniente.En el siguiente anlisis se utilizan tablas de vapor de agua para mostrar su uso. Para otras sustancias, las tablas se utilizan de la misma manera.

Tablas de Propiedades

Estados de liquido saturado y de vapor saturadoVf = volumen especifico del liquido saturado

Vg = volumen especifico del vapor saturado

Vfg = diferencia entre Vg y Vf

hfg = es la entalpia de vaporizacin (calor latente de vaporizacin)

Cantidad de energa necesaria para evaporar una masa unitaria de liquido saturado a una temperatura o presin determinada

Ejemplo N01.-Un recipiente rgido contiene 50 kg de agua liquida saturada a 90C. Determinar la presin en el recipiente y el volumen del mismo

Zonas Heterogneas de Estado

BibliografaFundamentos de Termodinmica Moran ShapiroCapitulo 3