MÓDULO 1.TERMODINÁMICA
Tema 1. Introducción y conceptos
básicos
Curso de acceso al Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial
TERMODINÁMICA
Índice
Introducción� Qué estudia la termodinámica.� Magnitudes y sistemas de unidades.
Conceptos básicos� Peso, masa, volumen, densidad, volumen específico y presión.
� Sistema, estado, equilibrio, proceso y ciclo.
� Temperatura y escalas de temperatura.� Fenómenos de frontera: calor y trabajo.
TERMODINÁMICA | Tema 1. Introducción y conceptos bá sicos
Leyes de la termodinámica� Temperatura y ley cero de la termodinámica.� Primer principio de la termodinámica.� Segundo principio de la termodinámica.� Tercer principio de la termodinámica.
Introducción
Tras el estudio de este capítulo, el alumno/a debe familiarizarse con las diferentes magnitudes, unida des y sus cambios, que se utilizan a lo largo de la asignatur a para la resolución de distintos problemas termodinámicos.
Introducción� Qué estudia la termodinámica.� Magnitudes y sistemas de unidades.
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Qué estudia la termodinámica
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Magnitudes y sistemas de unidades
• Magnitud (física y química) es la propiedad de un objeto o de un fenómeno físico o químico susceptible de tomar diferentes valores numéricos. Por ejemplo, sea una tabla de 2 metros de largo. A esta medida se le llama magnitud física. En este caso es una longitud y consta de dos partes:
• Unidad es la cantidad elegida para medir por comparación todas las de su especie. Las leyes de la Física y la Química expresan relaciones entre magnitudes, como, por ejemplo, longitud, tiempo, fuerza, temperatura o cantidad de sustancia, y la medida de una magnitud como éstas exige compararla con cierto valor unidad de la misma.
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Magnitud (número)Magnitud (número) UnidadUnidad
2 m
El Sistema Internacional de Unidades (SI) consta de siete unidades básicas . Son las unidades utilizadas para expresar las magnitudes básicas definidas como básicas, a partir de las cuales se definen las demás.
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El Sistema Internacional de Unidades (SI)
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El Sistema Internacional de Unidades. Prefijos multiplicadores
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El alfabeto griego
Se introduce a continuación un alfabeto griego comp leto debido al uso extensivo que se hace de sus letras (tanto mayú sculas como minúsculas), en todo el desarrollo teórico y prácti co de esta asignatura.
Conceptos básicos
El objetivo de este capítulo es:Repasar y definir las propiedades termodinámicas más importantes.Explicar los conceptos de sistema, estado, equilibrio, proceso y ciclo.Aprender las diferencias y similitudes entre el calor y el trabajo como fenómenos de frontera.
Conceptos básicos� Peso, masa, volumen, densidad, peso específico y
presión.� Sistema, estado, equilibrio, proceso y ciclo.� Temperatura y escalas de temperatura.
� Fenómenos de frontera: calor y trabajo.
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Peso, masa, volumen, densidad, peso específico y presión
El peso es una fuerza : la fuerza gravitacional aplicada a un cuerpo y su magnitud se determina a partir de la segunda ley de Newton.
P = Peso = m.g (N)Donde m es la masa del cuerpo y g es la aceleración gravitacional local (g es 9,807 m/s2 al nivel del mar y latitud 45º).
La densidad se define como la masa por unidad de vo lumen :
Algunas veces la densidad de una sustancia se da como relativa a la densidad de una sustancia bien conocida; se llama gravedad específica o densidad relativa y se define como el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad de alguna sustancia estándar a una temperatura especificada (normalmente agua a 4ºC, para la que ρH2O = 1000 kg/m3). Es decir:
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( )3
m kgρ =
mV
( )2
r
H O
ρρ = adimensional
ρ
La presión se define como fuerza por unidad de supe rficie . Referida a fluidos se define como una fuerza normal que ejerce un fluido por unidad de área. Se habla de presión sólo cuando se trata de gas o líquido (fluidos), mientras que la contraparte de la presión en los sólidos es el esfuerzo normal.
Las relaciones entre estas presiones se dan a continuación:
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Peso, masa, volumen, densidad, peso específico y presión
PMANOMÉTRICA = PABSOLUTA – PATMOSFÉRICA
PVACÍO = PATMOSFÉRICA - PABSOLUTA
La presión real en una determinada posición se denomina presión absoluta y se mide respecto al vacío absoluto (es decir, presión cero absoluta).
Sin embargo la mayor parte de los dispositivos para medir la presión se calibran a cero en la atmósfera, por lo que indican la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica local; esta diferencia es la presión manométrica .
Las presiones por debajo de la atmosférica se conocen como presiones de vacío
Sistema, estado, equilibrio, proceso y ciclo
Un sistema se define como una cantidad de materia o una región en el espacio elegido para análisis . También puede definirse como la parte del universo escogida para experimentación.
Existen distintos tipos de sistemas termodinámicos:
CerradosConsta de una cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera.
Abiertos o volúmenes de controlEs una región elegida apropiadamente en el espacio. Generalmente encierra un dispositivo que tiene que ver con flujo másico, como un compresor, turbina o tobera. Tanto la masa como la energía pueden cruzar la frontera de un volumen de control.
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ALREDEDORES
SISTEMA
FRONTERA
SISTEMA
CERRADO
m = cte
SI
Sistema, estado, equilibrio, proceso y ciclo
Cualquier cambio de un estado de equilibrio a otroexperimentado por un sistema es un proceso y la serie de estados por los que pasa un sistema durante este proceso es una trayectoria del proceso .
Procesos cuasiestáticos o de cuasiequilibrioSon procesos que se desarrollan de tal manera que todo el tiempo el sistema permanece infinitesimalmente cerca de un estado de equilibrio.
Procesos estacionarios y transitorios- Un proceso en flujo estable significa que no
experimenta cambios con el tiempo en sus propiedades; también se denomina proceso en régimen permanente o estacionario.
- Un proceso en régimen inestable o transitorio(no estacionario) experimenta cambios con el tiempo en sus propiedades y son procesos que en la práctica de la ingeniería suelen corresponderse con arranque y parada de máquinas o llenado y vaciado de depósitos.
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Propiedad A
Propiedad B
Estado 1
Estado 2
Trayectoria de
proceso
Masa
saliente
Masa
saliente
Masa
entrante
Masa
entrante
VOLUMEN
DE
CONTROL
VOLUMEN
DE
CONTROL
Fenómenos de frontera: Calor y trabajo (I)
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Fenómenos de frontera: Calor y trabajo (y II)
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Leyes de la termodinámica
El objetivo de este capítulo es:Repasar y aclarar las cuatro leyes termodinámicas en forma teórica.Explicar algunos ejemplos de cada una de ellas.Aprender las diferencias entre cada uno de los principios de la termodinámica.
Leyes de la termodinámica� Temperatura y ley cero de la termodinámica.� Primer principio de la termodinámica. � Segundo principio de la termodinámica.� Tercer principio de la termodinámica.
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Ley cero de la termodinámica
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Primer principio de la termodinámica
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Segundo principio de la termodinámica
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Tercer principio de la termodinámica
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