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Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica^ FIME
TERMODINÁMICA BÁSICA
Dr. Arturo Morales Fuentes
(^1) Dr. Arturo Morales Fuentes
Contenido de la Unidad de Aprendizaje
Introducción y Conceptos Básicos
Energía y Transferencia de Energía
Propiedades de las substancias puras
Análisis de energía en sistemas cerrados
Análisis de energía en sistemas Abiertos
Segunda Ley de la termodinámica
Producto integrador
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Instructor: Dr. Arturo Morales Fuentes e-mail: [email protected]
Termodinámica Básica
FIME-UANL,
1.1 Termodinámica y Energía
1.2 Dimensiones y unidades
1.3 Sistemas Cerrados y Abiertos
1.4 Propiedades de un sistema
1.5 Estado y Equilibrio
1.6 Procesos y Ciclos
1.7 Temperatura y ley cero
1.8 Presión
Dr. Arturo Morales Fuentes
Termodinámica.
Ciencia de la energía. Energía es la capacidad para causar cambios.
Del griego Therme (Calor) dynamis (fuerza)
Generación de potencia Refrigeración Relaciones entre las propiedades de la materia
1.1 Termodinámica y Energía
Áreas de aplicación de la Termodinámica
Todas las iteracciones entre la energía y la materia.
Estufa, sistemas de calefacción, aire acondicionado, refrigerador, el
cuerpo humano, olla de presión, computadora, motores
automotrices, plantas de energía, colectores solares …
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La presión en un recipiente, es el resultado de la transferencia de cantidad de movimiento entre las moléculas y las paredes del recipiente, pero no es necesario conocer el comportamiento de las partículas para determinar la presión en el recipiente. Proporciona un método directo y fácil para la solución de problemas de ingeniería.
Termodinámica Clásica
Termodinámica Estadística
Enfoque microscópico bastante complicado. El estado macroscópico en equilibrio esta asociado a un número mayor de microestados.
Enfoques de la termodinámica
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1ra. Ley de la Termodinámica
Afirma que la energía tiene calidad y cantidad y los procesos reales ocurren hacia donde disminuye la calidad de la energía.
2da. Ley de la Termodinámica
Principio de conservación de la energía. La energía es una propiedad termodinámica, la energía puede cambiar de una forma a otra, pero su cantidad total permanece constante.
3 Ley de la Termodinámica
La entropía en el cero absoluto de toda substancia es cero
Leyes de la termodinámica
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1.2 Dimensiones y unidades
Dimensiones primarias o fundamentales
Masa Longitud Temperatura Tiempo Corriente Intensidad luminosa
M
L
T
T
I
v
V
Velocidad
Volumen
Dimensiones secundarias o derivadas
(kg) – (lb) (m) – (ft) (C) ‐ (F) (s) – (s) (A) (cd)
1 lb = 0.454 kg 1 ft = 0.305 m 1C = 1.8 F (^1 1 )
kgm F ma N s
Trabajo W Fd 1 J 1 N m
Presión
PV [kgm 2 /s 2 ] = [N‐m] = [J] mv 2 [kgm 2 /s 2 ] = [N‐m] = [J] mgh [kgm 2 /s 2 ] = [N‐m] = [J]
(métrico‐Inglés)
Fuerza P (^) AFmN Pa
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Energía 1 kJ =0.94782 BTU
(^7) Dr. Arturo Morales Fuentes
1 Caloría, cantidad de energía necesaria para elevar en 1 °C la temperatura de 1 g de agua a 14.5 ° C
1 cal = 4.1868 J 1 kJ =0.94782 BTU 1 BTU = 252 cal
1 BTU, cantidad de energía necesaria para elevar en 1 °F la temperatura de 1 lbm de agua a 68 °F
El peso es una forma incorrecta de expresar masa. El peso es la fuerza gravitacional aplicada a un cuerpo y su magnitud se determina a partir de la segunda ley de newton W=mg
Definiciones
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1.3 Sistemas cerrados y abiertos
Sistema : Cantidad de materia o una región en el espacio elegida para análisis, la región fuera del sistema se conoce como alrededores. La superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores se llama frontera.
Sistema cerrado : la masa no cruza la frontera, solo energía.
Sistema aislado: Si se prohíbe que la energía y la masa crucen la frontera.
Sistema abierto : Tanto la masa como la energía pueden cruzar la frontera.
Heat
Sistema adiabático: Si se prohíbe que el calor cruce la frontera.
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Fronteras en el motor de un automóvil Mezclado de dos gases
Identifique el tipo de sistema en cada caso.
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Operación de una olla a presión Persona haciendo ejercicio
Dr. Arturo Morales Fuentes
1.4 Propiedades de un sistema
Cualquier característica se llama propiedad. Presión, temperatura, volumen, masa, viscosidad, conductividad térmica, velocidad, elevación.
Propiedades intensivas: Son aquellas independientes de la masa (Temperatura, Presión, Densidad) Letras mayúsculas.
Propiedades extensivas: Son aquellas cuyos valores dependen del tamaño del sistema (masa total, volumen, cantidad de movimiento) Letras minúsculas.
Propiedades específicas: Propiedades extensivas por unidad de masa. (Volumen específico (v=V/m), energía total específica (e=E/m).
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Clasificación de propiedades (animación 1.A)
Dr. Arturo Morales Fuentes
La máquina de Pascal
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Manómetro
P g z
Es posible utilizar una columna de fluido para medir diferencias de presión del flujo de un fluido.
P 2 Patm gh
Válvula o Equipo
P 1 1 g a ( h ) 2 gh 1 ga P 2
P 1 P 2 ( 2 1 ) gh
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