introduccion a la termodinamica, esta es una introduccion pequeña a la termodinamicabasada en lo aprendido en la unidad uno de la universidad

1. TERMODINÁMICA
6to CUATRIMESTRE
ING. GUADALUPE GUTIÉRREZ
ROUSSEAU

2. UNIDAD 1
INTRODUCCIÓN A LA
TERMODINÁMICA
1.1 CONCEPTOS
TERMODINÁMICOS

3. TERMODINÁMICA
Es una rama de la física que estudia los efectos de
los cambios de la temperatura, presión y volumen
de los sistemas físicos a un nivel macroscópico

4. Es decir, la TERMODINÁMICA estudia la circulación de
la energía y cómo la energía infunde movimiento.
 Históricamente la Termodinámica se desarrolló a partir
de la necesidad de aumentar la eficiencia de las
primeras máquinas de vapor.

5. AREAS DE APLICACIÓN
 Cualquier actividad de Ingeniería implica una interacción
entre energía y materia

7. SUSTANCIA OPERANTE O DE
TRABAJO
Los motores efectúan trabajo, y los refrigeradores
producen enfriamiento, debido a que ocurren
efectos sobre una sustancia que contienen : un
FLUIDO.
En la que puede almacenarse energía o puede
extraerse energía.

8. FLUIDO
Es una sustancia que existe, como un medio continuo
caracterizado por una baja resistencia a fluir y la
tendencia a asumir la forma de su recipiente.

9. FLUIDOS OPERANTES
Vapor de agua (turbina de vapor)
Aire (Compresor de aire )
Mezcla de aire y combustible (Motor)
Agua ( turbina hidráulica)

10. SUSTANCIA PURA
Es la que es homogénea en su composición y
cuyas propiedades físicas y químicas son
idénticas.
Las sustancias puras se dividen en:
SIMPLES Y COMPUESTOS
AGUA

11. SUSTANCIA SIMPLE
Es aquella que está formada por átomos del
mismo elemento químico.
Y es aquella cuyo estado se define por dos
propiedades termodinámicas intensivas que varían
independientemente.

12. SISTEMA
Es aquella porción del universo, un átomo , una
galaxia, una determinada cantidad de materia, o
un cierto volumen en el espacio, la cual se desea
estudiar.
Es una región encerrada por una frontera
específica, que puede ser imaginaria, fija o móvil.

13. SISTEMA TERMODINÁMICO
 Es una región configurada en el espacio y de la que se
desean estudiar las transformaciones de energía que
ocurren dentro de sus límites, y el paso de energía y de
materia o de ambas, a través de la frontera, ya sea hacia
fuera o hacia adentro de ésta.

14. Clasificación de los sistemas
Sistema cerrado
Sistema abierto
Sistema totalmente aislado

15. SISTEMA CERRADO
Es aquel en el que no existe intercambio de
materia con su alrededor ( la masa no atraviesa la
frontera )

16. Sistema abierto
Es aquel en el que hay flujo de masa a través de
su frontera
En uno u otro sistema puede haber paso de
energía a través de sus límites

17. Sistema totalmente aislado
Es aquel que es completamente impenetrable a
su alrededor, es decir, ni masa ni energía pueden
cruzar su frontera.

18. Tipos de sistemas

19. PROPIEDADES DE UN SISTEMA
 INTENSIVAS
 EXTENSIVAS
Son independientes de la masa de un
sistema: TEMPERATURA,
PRESIÓN,DENSIDAD, PESO
ESPECÍFICO, etc…
Sus valores dependen de del tamaño o
extensión del sistema: MASA,
VOLUMEN ,

20. SISTEMAS DE UNIDADES

25. Masa, peso y fuerza
MASA se refiere a la cantidad de
sustancia que hay en un cuerpo.
FUERZA es la acción de empujar o
jalar, que se ejerce sobre un cuerpo
ya sea por una fuente externa o por
gravedad.
PESO es la fuerza de la atracción
gravitacional sobre un cuerpo.

26. PESO
EL PESO de un cuerpo, es la fuerza de
gravedad , ejercida sobre él.
Se puede determinar con un dinamómetro
de resorte.

27. LEY DE NEWTON
 F = m a
Cuando se involucra la
gravedad en el cálculo del peso
de una masa (a toma el valor de
g (gravedad).
W = m g

29. DENSIDAD Y DENSIDAD
RELATIVA
Se define como la masa por unidad de
volumen.
v
m



30. VOLUMEN ESPECÍFICO
Es el recíproco de la densidad, y se define
como el volumen por unidad de masa.

31. DENSIDAD RELATIVA
Es el cociente de la densidad de una
sustancia entre la densidad de alguna
sustancia conocida estándar a una
determinada Temperatura.( generalmente
la del AGUA) a 40 C

32. Ejemplo
Determine la masa y el peso del aire
contenido en una habitación cuyas
dimensiones son 6 m x 6m x 8 m.
Suponga que la densidad del aire es 1.16
Kg / m3

33. PRESIÓN
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
En los SÓLIDOS se refiere al esfuerzo
normal ( )


34. UNIDADES DE PRESIÓN

35. PRESIÓN ATMOSFÉRICA
 Es la presión que ejerce el aire atmosférico y se le asigna un
valor equivalente a la presión que ejerce el peso de una
columna de mercurio que tiene una altura de 760 mm .
 Esta presión se ejerce sobre cualquier superficie que se
encuentre al nivel del mar.

36. PRESIÓN ABSOLUTA
Se refiere a la presión real en una
determinada posición , y se mide respecto
al vacío absoluto. (es decir presión cero
absoluta).
La mayor parte de los dispositivos para
medir la presión se calibran a cero en la
atmósfera.

37. PRESIÓN BAROMÉTRICA
 Es la presión que ejerce el aire atmosférico en cualquier
superficie que se encuentra a un nivel o altura con respecto
al nivel del mar.
 Esta presión se determina por medio de barómetros.

38. BARÓMETRO
Sirve para medir la presión atmosférica o
peso del aire.
Fue descubierto en 1644 por Torricelli,
quien comprobó que la presión atmosférica
a nivel del mar, era equilibrada por una
columna de Mercurio de 760 mm de altura

39. Al elevarnos tendremos menor espesor de
columna de aire encima y la presión
atomosférica descenderá.
De aquí que la presión de las ciudades altas,
será mucho menor que la de otras ciudades
situadas al nivel del mar.

41. FÓRMULA
gh
Patm 


42. g = es la gravedad
= la densidad del mercurio
h = la altura de la columna de mercurio
arriba de la superficie libre.


43. La longitud o el área de la sección transversal
del tubo no tiene efecto en la altura de la
columna siempre y cuando el diámetro del
tubo sea lo suficientemente grande para evitar
efectos capilares .

45. BARÓMETRO ANEROIDE
 El barómetro normal que se vende en el comercio suele ser de
tipo aneroide. Está constituido por cápsulas metálicas de
paredes delgadas, en cuyo interior se ha hecho el vacío (se ha
extraido el aire). Al aumentar la presión atmosférica, actúa sobre
las paredes y la aguja sube sobre un limbo graduado en
milimetros. Al disminuir la presión, las cápsulas se dilatan y la
aguja baja sobre el limbo. Una tapa de vidrio cubre el aparato y
suele llevar otra aguja dorada, que se mueve a mano sobre el
limbo con un botón exterior situado en el centro del cristal. Esta
aguja dorada sirve como referencia. Al hacer la lectura se sitúa
sobre la aguja negra. Así se sabe si la presión ha subido o
bajado desde la última lectura, en el intervalo de tiempo
transcurrido. Es conveniente hacer las lecturas en horas fijas y
situar entonces la aguja dorada sobre la negra.

48. PRESIÓN MANOMÉTRICA
Se le conoce también como presión
RELATIVA, y es la que se mide con los
manómetros, es decir , es la presión que
se mide con respecto a la barométrica y
cuando su valor está por encima es una
presión POSITIVA, y si su valor está por
debajo es llamada PRESIÓN NEGATIVA o
de VACÍO.

49. PRESIÓN MANOMÉTRICA
Es la diferencia entre la presión absoluta y
la atmosférica local.
Las presiones por debajo de la
atmosférica se conoce como PRESIÓN DE
VACÍO

50.  Al igual que otros medidores de presión , el usado para medir la
presión del aire en una llanta de automóvil indica la presión
manométrica, de manera que una lectura común de 32 psi.
Indica una presión de 32 psi. Por arriba de la presión
atmosférica.

51.  En las tablas termodinámicas casi siempre
se usa la presión absoluta, en este caso la
presión P, denotará PRESIÓN ABSOLUTA, a
menos que se especifique lo contrario.
Con frecuencia se agregan las letras:
a (presión absoluta) psia
g (presión manométrica) psig

52. VARIACIÓN DE PRESIÓN CON
LA PROFUNDIDAD
La presión no cambia en dirección
horizontal, pero en dirección vertical, la
presión de un fluido se incrementa con la
profundidad. Esto solo ocurre en los
líquidos.

53. Diagrama de cuerpo libre

54. En una habitación llena de gas, la variación
de presión con la altura es insignificante.
Puesto que el peso del gas es muy
pequeño casi insignificante…

55. MANÓMETRO

56. El manómetro es un dispositivo basado en el
principio que utiliza una columna de fluido para
medir diferencias de presión, y comúnmente se usa
para medir diferencias de presión moderadas o
pequeñas.
Un manómetro consta de un tubo de vidrio en forma
de U o de plástico que contiene uno o más fluidos,
como mercurio, agua, alcohol o aceite.

57. Recuerde que la presión atmosférica de un
sitio es simplemente el peso del aire que
se halla arriba de ese lugar por unidad de
área.
Por lo tanto cambia no sólo con la altura,
sino también con las condiciones
climáticas.

58. NOTA:
La presión manométrica en los líquidos
varía en función de su altura (h) el nivel.
Cuando se trata de gases las presiones
debidas a las columnas de gas, se
considera despreciables por lo tanto la
presión en cualquier punto se considera
constante.

59. TEMPERATURA
Es una propiedad intensiva que mide la
actividad cinética interna de las moléculas.
En cualquier sistema termodinámico
donde intervenga la temperatura, ésta
deberá estar en forma ABSOLUTA.

60. LEY CERO DE LA
TERMODINÁMICA
Establece que dos cuerpos están en
equilibrio térmico si ambos tienen la
misma lectura de temperatura aún cuando
no están en contacto

61. ESCALAS DE TEMPERATURA
Las más utilizadas en la actualidad son :
CELSIUS y FAHRENHEIT, y en su versión
absoluta será:
KELVIN y RANKINE

62. Temperaturas relativas
PARA CONVERTIR:
Para obtener grados fahrenheit:
Para obtener Celsius:
8
.
1
32
0
0 

F
C
32
8
.
1 0
0

 C
F

63. Temperaturas absolutas
 ESCALA KELVIN
 ESCALA RANKINE
273
0

 C
K
460
0

 F
R

64. 1.4 FORMAS DE ENERGÍA
 En todos los sistemas termodinámicos , calcular la energía
total no siempre resulta fácil.
 En los sistemas termodinámicos encontramos en forma
directa e indirecta energías mecánicas y energías térmicas.

65. FORMAS DE ENERGÍA
La energía puede existir en varias formas:
Térmica,
 mecánica,
cinética,
potencial,
eléctrica, magnética, química y nuclear,
cuya suma conforma la energía TOTAL

66. ENERGÍAS MECÁNICAS
POTENCIAL Ep en (N-m (joule) ó lb-pie)
CINÉTICA Ec
TRABAJO W

67. ENERGÍAS TÉRMICAS
ENERGÍA INTERNA U N-m BTU
Energía térmica o Q N-m BTU
CALOR
N-m (JOULE)

68. Energía potencial
Ep= m g h
Es la energía que almacena un sistema
con respecto a un plano de referencia. Si
la masa o sistema se encuentra por encima
del plano de referencia la energía
potencial es POSITIVA , y si la masa se
encuentra por debajo del plano de
referencia la energía potencial es
NEGATIVA.

69. ENERGÍA CINÉTICA
Es la energía que adquiere un sistema en
un movimiento rectilíneo, debido a su masa
y a su velocidad.

70. Cuando todas las partes de un sistema se
mueven a la misma velocidad, la energía
cinética se expresa :
2
2
v
m
Ec 

71. VARIACIÓN DE LA ENERGÍA
CINÉTICA
)
(
2
2
1
2
2 v
v
m
E 


1
2 E
E
E 



72. IMPORTANTE
Si el sistema realiza trabajo contra el
medio exterior en un efecto de expansión
el trabajo es POSITIVO.
Si el medio exterior realiza trabajo contra el
sistema en un efecto de compresión el
trabajo es NEGATIVO.

73. SIGNOS