FUNCIONAMIENTO Y APLICACIÒN DE PROCESOS TERMODINÁMICOS Y ALGUNOS BIOREACTORES

FUNCIONAMIENTO Y APLICACIÒN DE PROCESOS TERMODINÁMICOS Y ALGUNOS BIOREACTORES

FUNCTION AND APPLICATION OF THERMODYNAMIC PROCESSES AND SOME BIOREACTORS

(Operation and application of thermodynamic processes and some bioreactors)

Nohemí Álvarez vergara1, Lizeth Merlano Acosta2, Melibeth Solórzano Payares3, Norevis Cure Acuña4, Gabriela Fernández Acosta5 , Lixander Atencia6

Received: 6 de Noviembre 2012 accepted: 14 de noviembre 2012

Resumen: Para estudios de ingeniería la termodinámica es una ciencia fundamental que estudia el almacenamiento, transformación y la transferencia de energía. La energía es almacenada como energía interna (asociada con la temperatura), energía cinética (debida al movimiento) energía potencial (debida a la distancia) y energía química (referente a la composición química); esta energía se transforma de una forma en otras, y se transfiere a través de una frontera en forma de calor o de trabajo. En el desarrollo de este informe escrito se abarca la definición, el diseño, los equipos utilizados, características y aplicaciones de algunos procesos termodinámicos (adiabático, isoentropico, isotérmico, isoentálpico, isocorico e isobárico entre otros) y algunos reactores tales como: batch, continuo y feedbatch. Objetivos: Comprender los procesos termodinámicos e identificar los equipos que se pueden utilizar aplicados a cada uno de ellos, de igual forma Familiarizarnos con las leyes que gobiernan los procesos termodinámicos, logrando determinar, la cantidad y la calidad de los mismos. Métodos: La obtención de la información requerida se dio gracias a la utilización de redes de comunicación como el internet, las plataformas universitarias, portales informáticos y libros universitarios. Conclusión: El estudio de la aplicación de los procesos termodinámicos y algunos bioreactores se hace indispensable para cualquier persona que se involucre en carreras como la ingeniería o afines. Es por ello, que la realización de este trabajo suscita gran interés por parte de los educandos, pues se adquiere más conocimiento respecto a estos y permite que su ejercicio se haga de manera correcta

Palabras claves: termodinámica, energía, procesos termodinámicos, reactores

Abstract: For studies of engineering thermodynamics is a fundamental science that studies the storage, processing and transfer of energy. Energy is stored as internal energy (associated with temperature), kinetic energy (due to motion) potential energy (due to distance) and chemical energy (related to the chemical composition), this energy is converted from one form to another, and transferred via a border as heat or work. In developing this written report covers the definition, design, equipment used, characteristics and applications of some thermodynamic processes (adiabatic, isentropic, isothermal, isoentálpico, isochoric and isobaric among others) and some reactors such as batch, continuous and feedbatch. Objetivos: Understanding the thermodynamic processes and identify equipment that can be used applied to each one, just as familiar with the laws governing the thermodynamic processes, achieving determine the quantity and quality of them. Methods: obtaining the required information is given through the use of communication networks such as the Internet, the university platforms, portals and books universitarios. Conclusion : The study of the application of thermodynamic processes and some bioreactors is essential for any person who engages in careers such as engineering or related. Therefore, the realization of this work arouses great interest from the students, as it gains more knowledge about these and allows the exercise is done correctly

Keywords: thermodynamics, energy, thermodynamic processes, reactors

INTRODUCCION

Dentro del estudio de la termodinámica es fundamental la observación y la experimentación con instrumentos que permiten comprender la importancia de los procesos termodinámicos en nuestro entorno. Para ello se hace necesario el entendimiento de las leyes de la termodinámica ya que un proceso no sucede al menos que satisfaga dichas leyes. El análisis de las leyes de la termodinámica en los distintos procesos comprende el estudio de la energía, su almacenaje y sus diferentes transformaciones; en particular, la transformación de la energía calorífica (calor) en otras formas de energía.

Un proceso termodinámico es el camino que conecta dos estados termodinámicos diferentes.Si el estado inicial y final está infinitesimalmente próximos se dice que el cambio de estado es infinitesimal y cualquiera de los caminos que los une es un proceso infinitesimal. Si el estado inicial y final coinciden se dice que el proceso es cíclico. Un proceso se dice que es cuasiestático no disipativo o reversible cuando es secuencia continua de estados de equilibrio.

Son procesos ideales de modo que al invertirlos y regresar al estado inicial, tanto el sistema como el resto del universo vuelven a sus respectivos estados de partida sin ningún cambio.

Se denomina proceso irreversible a todo aquel que no es reversible. Cualquier proceso real es irreversible. En algunos tipos de procesos alguna variable permanece constante: isotermo, temperatura constante; isobaro, presión constante; isocoro, volumen constante, etc. Este trabajo tiene como finalidad estudiar y analizar procesos termodinámicos y así mismos las condiciones en las que estos se presentan en un sistema; reconociendo la importancia que tiene dicho conocimiento al aplicarlo en las ingenierías.

2. METODOLOGÍA

Para la realización de éste trabajo fue necesario recurrir a varias fuentes de información las cuales nos permitieron aclarar y explicar de manera concisa procesos termodinámicos y su funcionamiento, mediante el empleo de bases de datos, plataformas universitarias y a través de recopilación de información halladas en libros termodinámicos

3. REVISIÓN

3.1 Proceso adiabático

Se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina como proceso isotérmico.

En un proceso adiabático no entra ni sale calor de un sistema; Q=0. Podemos evitar el flujo de calor ya sea rodeando el sistema con material térmicamente aislante o realizando el proceso con tal rapidez que no haya tiempo para un flujo de calor apreciable. Por la primera ley de la termodinámica, para todo proceso adiabático, U2-U1= ΔU =-W

Cuando un sistema se expande adiabáticamente, W es positivo (el sistema efectúa trabajo sobre su entorno), así que ΔU es negativo y la energía interna disminuye. Si un sistema se comprime adiabáticamente, W es negativo (el entorno efectúa trabajo sobre el sistema) y U aumenta. En muchos sistemas (no en todos), el aumento de energía interna va acompañado por un aumento de temperatura.

Un motor adiabático es un motor que no utiliza refrigeración y disminuye el intercambio de calor con el exterior para aumentar la eficiencia en el gasto de combustible.

Como predice el ciclo de Carnot cuando en un motor térmico las diferencias entre el foco frío y caliente aumentan, a su vez aumenta la cantidad de energía que se convierte en energía útil en vez de calor.

Con la refrigeración, se disminuye la temperatura y el rendimiento (eficiencia). La idea de un motor adiabático es eliminar la refrigeración para trabajar con temperaturas más alta y aumentar el rendimiento. Los metales se debilitan con la temperatura y pueden llegar a fundirse. Se están estudiando motores de cerámicas técnicas que resisten altas temperaturas y se usan en motores térmicos como turbocompresores, pero en motores de pistones no son suficientemente fiables y la cerámica es demasiado frágil.

Un motor adiabático tendrá también otras ventajas. Se ahorra en sistema de refrigeración evitando peso y complejidad fuente de averías. Los motores pueden quemar mejor el combustible por las temperaturas, aunque puede generar otros desechos como los NOx.

La carrera de compresión en un motor de combustión interna es un proceso aproximadamente adiabático. La temperatura aumenta al comprimirse la mezcla aire- combustible en el cilindro. La expansión del combustible quemado durante la carrera de potencia también es aproximadamente adiabática, con un descenso de temperatura.

Un ejemplo corriente es la emisión de aerosol por un pulverizador, acompañada de una disminución de la temperatura del pulverizador. La expansión de los gases consume energía, que procede del calor del líquido del pulverizador. El proceso tiene lugar demasiado rápido como para que el calor perdido sea reemplazado desde el entorno, por lo que la temperatura desciende. El efecto inverso, un aumento de temperatura, se observa cuando un gas se comprime rápidamente.

Muchos sistemas comunes, como los motores de automóvil, presentan fenómenos adiabáticos.

El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren debido al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.

3.1.1 Procesos adiabáticos o isoentrópico:

(Sin intercambio de calor)

Figura 1: Grafica PV en un proceso Adiabático.

Figure 1: Graphic PV in an adiabatic process.

dS=0 Y δQ=0 Ecuación 1.

P.V^γ =cte. Y

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