Termodinamica

1.1 TERMODINAMICA Y ENERGIA

La termodinámica se puede definir como la ciencia de la energía y la energía se puede considerar como la capacidad para causar cambios. En la actualidad, el concepto se interpreta de manera amplia para incluir los aspectos de energía y sus transformaciones, incluida la generación de potencia, la refrigeración y las relaciones entre las propiedades de la materia.

Una de las más importantes y fundamentales leyes de la naturaleza es el principio de conservación de la energía donde la energía no se crea ni se destruye.

La primera ley de la termodinámica sostiene que la energía es una propiedad termodinámica y la segunda ley de la termodinámica afirma que la energía tiene calidad así como cantidad, y los procesos reales ocurren hacia donde disminuye la calidad de la energía.

Aunque los principios de la termodinámica han existido desde la creación del universo, esta ciencia surgió como tal hasta la construcción de las primeras máquinas a vapor atmosféricas por Thomas Savery en1697 y Thomas Newcomen en 1712. El enfoque macroscópico al estudio de la termodinámica que no requiere conocer el comportamiento de cada una de las partículas se llama termodinámica clásica, y proporciona un modo directo y fácil para la solución de problemas de ingeniería.

 AREAS DE APIICACION DE LA TERMODINÁMICA

En la naturaleza, todas las actividades tienen que ver con cierta interacción entre la energía y la materia; por consiguiente, es difícil imaginar un are que no se relacione de alguna manera con la termodinámica. Una buena comprensión de los principios básicos de esta ciencia es algo esencial para a la educación de la ingeniería.

o El confort humano

o Sistemas de acondicionamiento de aire

o Aviones

o Radiadores de automóviles

o Plantas de energía

o Sistemas de refrigeración

Conclusión: la termodinámica y la energía van de la mano para la explicación de las leyes termodinámicas entendiendo sus áreas de aplicación con una buena comprensión de los principios básicos algo esencial para la educación y solución de problemas de la ingeniería.

1.2 IMPORTACION DE LAS DIMENSIONES Y UNIDADES

Las magnitudes asignadas a las dimensiones se llaman unidades. Algunas dimensiones básicas, como masa m, longitud L, tiempo t, temperatura T se denominan como dimensiones primarias o fundamentales, mientras que otras como la velocidad V, energía E y volumen V se expresan en términos de las dimensiones primarias y se llaman dimensiones secundarias o dimensiones derivadas.

Con el paso de los años se han creado varios sistemas de unidades. A pesar de los grandes esfuerzos por unificar el mundo con un solo sistema de unidades, en la actualidad aún son comunes el sistemas inglés y el SI métrico. El SI es un sistema simple y lógico basado en una relación decimal entre las distintas unidades, y se usa para trabajo científico y de ingeniería. Sin embargo, el sistema ingles no tiene base numérica sistemática evidente y varias unidades de este sistema de relacionan entre sí de manera arbitraria. No obstante, la mayor parte de las industrias se resisten al cambio, lo cual retrasa el proceso de conversión.

o ALGUNAS UNIDADES SI E INGLESAS

Las unidades de masa y longitud en los dos sistemas se relacionan entre sí mediante 1lbm=0.45359kg – 1ft= 0.3048m.

En el sistema ingles se considera la fuerza como una dimensión secundaria cuya unidad cuya unidad se deriva de la segunda ley de newton, es decir fuerza=(masa)(aceleración). En el SI l unidad de fuerza es el newton (N), y se define como la fuerza requerida para acelerar una masa de 1kg a razón de 1m/s.

La principal causa de confusión entre masa y peso es que la masa e mide generalmente de modo indirecto al calcularla fuerza de gravedad.

El trabajo, que es una forma de energía, se puede definir simplemente como la fuerza multiplicada por la distancia; por lo tanto, tiene la unidad joule.

En el SI la unidad para la energía es el kilojoule y en el sistema ingles la unidad de energía es el Btu.

o HOMOGENIEDAD DIMENSIONAL

En ingeniería, las ecuaciones deben ser dimensionalmente homogéneas. Es decir cada término de una ecuación debe tener la misma unidad.

Es importante recordar que una fórmula que no es dimensionalmente homogénea es definitivamente errónea, pero una formula con homogeneidad dimensionalmente no necesariamente es correcta.

o RELACIONES DE CONVERSION DE UNIDADES

Las relaciones de conversión de unidades son iguales a 1 y no tienen unidades, por lo tanto, tales relaciones se pueden insertar de forma conveniente en cualquier cálculo para convertir unidades de manera adecuada.

Conclusión: cualquier unidad física se caracteriza mediante dimensiones y es de gran importancia conocer estas dimensiones para comprender las primarias o secundarias que se encuentran en los dos sistemas que existen en el mundo.

1.3 SISTEMAS CERRADOS Y ABIERTOS

Un sistema se define como una cantidad de materia o una región en el espacio elegida para el análisis. La masa o región fuera del sistema se conoce como alrededores. La superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores se llama frontera que puede ser fija o móvil con un espesor cero y por lo tanto no puede tener masa ni volumen.

Un sistema cerrado (masa control) consta de una cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera, pero la energía

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