Los conceptos principales de termodinámica

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo tiene como propósito mostrar los conceptos principales del curso de termodinámica, dar a conocer la estructura del mismo en unidades, capítulos y lecciones. Con base al material proporcionado en el módulo, al protocolo del curso y la estructura virtual del curso se contempla el contenido de tan interesante ciencia.

El curso tiene dos créditos de estudio y es de carácter teórico, muestra el desarrollo de dos unidades que incluyen los temas propuestos para el curso de TERMODINÁMICA del programa de Ingeniería de alimentos de la UNAD.

En su sentido literal la palabra quiere decir “calor en movimiento” y tradicionalmente decimos que es el estudio de los procesos energéticos en sistemas térmicos: máquinas y reacciones químicas. Es difícil explicarlo de manera sencilla pero podemos decir que cuando comunicamos un sistema cerrado a una temperatura con otro que se encuentra a otra temperatura se produce un intercambio de materia y energía entre ambos sistemas.

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General

Elaborar un resumen respecto a los conceptos principales del curso de Termodinámica, teniendo en cuenta la estructura del curso en unidades, capítulos y lecciones con su respectiva fórmula más representativa del tema de la lección.

1.2 Objetivos Específicos

Identificar las unidades, capítulos y lecciones que contiene el curso.

Evaluar las ecuaciones de mayor relevancia en cada lección estudiada.

2. RESUMEN DE LOS CONCEPTOS PRINCIPALES

UNIDAD 1: LEY CERO, TRABAJO Y PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

LECCIÓN 1: Sistemas

Cualquier región o porción de materia que se quiera estudiar o analizar desde el punto energético. Existen diferentes tipos de sistemas:

Sistemas Abiertos aquellos donde hay intercambio tanto de materia como de energía. Ejemplo una turbina, una nevera, un compresor.

Sistemas Cerrados aquellos para los cuales sólo se presenta intercambio de energía pero no de materia. Ejemplo un gas al interior de un cilindro provisto de un pistón móvil.

Sistemas Aislados aquellos para los cuales no se presenta intercambio ni de materia ni de energía. Ejemplo un termo en reposo.

LECCIÓN 2: Lección 2: Ley cero de la Termodinámica

Establece que si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercero, los dos se encontrarán en equilibrio térmico entre sí. Si tanto A como C se encuentran en equilibrio térmico con B, entonces, A y C deben encontrarse en equilibrio térmico entre sí y por lo tanto deben tener la misma temperatura. Es decir, Ta = Tb = Tc. Recuerde que el único requerimiento para que exista el equilibrio térmico entre diferentes sistemas es la igualdad de sus temperaturas.

Ecuación de la lección 2: T=a+bP →Ecuacion 1

LECCIÓN 3: Calor

La energía transferida entre dos sistemas debida a la diferencia de temperatura es el calor. El calor es una forma particular de energía en transición que se identifica sólo cuando cruza las paredes del sistema que se encuentra a temperatura diferente de otro sistema o de los alrededores.

Formas De Transmisión De Calor

Conducción, 2. Convección, 3. Radiación

Ecuación de la lección 3: q=Q/M y Q ̇= Q/∆t

LECCIÓN 4: Ecuación de Estado

Una sustancia pura se describe en función de propiedades intensivas como P v y T relacionadas mediante ecuaciones.

Ecuación de la lección 4: PV=nRT

LECCIÓN 5: Ecuación de estado (Continuación)

Ecuación de Redlich- Kwong: Esta es una ecuación mucho más exacta que la ecuación de van der Waals y aplicable en un mayor rango de presión y temperaturas.

Ecuación de Redlich - Kwong – Soave: Constituye una mejora a la ecuación de Redlich - Kwong ya que se maneja una constante más la cual a su vez es función de otra constante conocida como factor acéntrico para cada gas.

Ecuaciones de estado de virial: Son ecuaciones por desarrollo en serie donde los coeficientes se determinan experimentalmente a partir de las relaciones PvT. Unas de las formas en la cuales se pueden expresar son las siguientes:

Ecuación de la lección 5: P=RT/((V ̅-b) )-a/(V ̅(V ̅+b) T^0,5 )

CAPITULO 2: TRABAJO

LECCIÓN 6: Trabajo

El trabajo es una forma particular de energía que corresponde a una magnitud escalar definida como el producto punto de dos magnitudes vectoriales.

El trabajo se puede dar en diferentes procesos:

Trabajo en procesos Isobáricos

Trabajo en procesos isotérmicos

Trabajo en procesos Poli-trópico

Ecuación de la lección 6: W= ∫_2^1▒Fdx

LECCIÓN 7: Diagramas termodinámicos

Son representaciones en coordenadas cartesianas de las propiedades de un sistema durante el transcurso de un proceso. Los diagramas pueden ser planos o tridimensionales y se representan con mayor frecuencia propiedades como presión (P), volumen (V) y temperatura (T).

Ecuación de la lección 7: P_(1V_1 )/T_1 = P_(2V_2 )/T_2

LECCIÓN 8: Diagramas termodinámicos (continuación)

Diagramas Pv: interesante considerar el volumen específico.

Diagramas PT: Para el equilibrio entre la fase sólida y la fase gaseosa de una sustancia pura también existe una relación definida entre la presión y la temperatura.

Diagramas Tv: se construyen determinando para cada temperatura los valores de las correspondientes presiones de saturación, además de los volúmenes específicos del líquido saturado y el vapor saturado.

Diagramas P-v-T: representaciones tridimensionales de los valores del volumen específico a diferentes temperaturas y presiones de una sustancia pura en fases sólida, líquida y gaseosa o estados de equilibrio entre ellas.

Ecuación de la lección 8: X= M_V/(M_L+M_V )

LECCIÓN 9: Propiedades termodinámicas

Propiedades intensivas y extensivas aquellas propiedades que definen el estado energético de un sistema termodinámico.

Ecuación de la lección 9: P=M/V

LECCIÓN 10: Capacidad calorífica

La capacidad calorífica de un sistema es la cantidad de calor transferida que es capaz de modificar su temperatura en un grado.

Ecuación de la lección 10: 〖 C〗_P= C_V+nR

CAPITULO 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

LECCIÓN 11: Primera ley de la termodinámica

El calor neto transferido menos el trabajo neto producido

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