TERMONDINAMICA TECNICA:Dentro de la fsica existe un capitulo que es la TERMODINAMICA. Parte principios experimentales slidamente establecidos, de los cuales no se conoce excepcin alguna que permite ponerlas en duda y por riguroso razonamiento deduce las leyes que de ellos se derivan.Su campo de accin abarca todas las transformaciones de energa y en especial del calor en trabajo.La palabra termodinmica procede de las palabras del griego THERME (calor) y DYNAMYS (fuerza).Aproximadamente calor significa energa en trnsito y dinmica se refiere al movimiento, por lo que, en esencia, la termodinmica estudia la circulacin de la energa y como la energa infunde movimiento.Histricamente, la termodinmica se desarrolla a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras mquinas de vapor.Es decir que la termodinmica empez a partir de las consideraciones sobre la potencia motriz del calor: o sea de la capacidad de los cuerpos calientes es mucho mayor, teniendo que ver, en general con la ENERGIA y con las relaciones entre las propiedades de la materia. La TERMODINAMICA es una ciencia EMPIRICA y/o EXPERIMENTAL, cuyas leyes son obtenidas de la naturaleza misma. Estas leyes relacionan el intercambio energtico entre cantidad de calor y trabajo.En termodinmica se utiliza el trmino SISTEMA para identificar el objeto en anlisis. Una vez que el sistema est definido y se han identificado las interacciones relevantes con otros sistemas, es el momento de aplicar una o ms leyes fsicas o relaciones.TERMONDINAMICASISTEMA TERMODINAMICO (ST)Es la cantidad de materia, de masa e identidad fija, que se tom como base para un determinado estudio. Todo lo que queda fuera del (ST) se conoce como los alrededores o el medio ambiente.

CLASIFICACION:Segn los limites pueden ser:Reales o imaginarios o fijos o mviles.Segn el flujo de materia pueden ser:Cerrados o abiertos.Segn el flujo de calor pueden ser:Adiabticos, o no adiabticos. Y,Segn la influencia del tiempo pueden ser:Estacionarios o transientes.EL FLUJO DE MATERIA:SISTEMA CERRADO:Cuando no hay intercambio de materia entre el sistema y el medio ambiente o alrededores.SISTEMA ABIERTO:Cuando hay intercambio de materia entre el sistema y al medio ambiente o alrededores (sale materia, entra materia o ambos).EL FLUJO DE CALOR:SISTEMA ADIABATICO:Cuando no hay intercambio de calor entre el sistema y el medio ambiente o alrededores.SISTEMA NO ADIABATICO:Cuando hay intercambio de calor entre el sistema y el medio ambiente o alrededores.EL TIEMPO:SISTEM EN ESTADO ESTACIONARIO:Cuando las propiedades del sistema no varan con el tiempo durante el proceso.SISTEMA EN ESTADO TRANSIENTE:Cuando las propiedades del sistema varan con el tiempo durante el proceso.PROCESOS Y CICLOS:Un PROCESO es una sucesin de transformaciones, interacciones y actuaciones de un sistema determinado. Por ejemplo: El calentamiento del agua en una tetera. El secado de ropa en una secadora. El calentamiento del aire en un secador de pelo. El calentamiento de un guiso en un horno microondas, etc.PROCESOS CICLICOS:Cuando un proceso se repite varias veces (o en forma indefinida) pasando siempre por un estado o condicin y repitiendo el camino recorrido o las etapas del proceso, se dice que dicho proceso es cclico. Por ejemplo: El refrigerador de la casa. El motor del automvil. El proceso de inflar una rueda con inflador.EJEMPLOS SOBRE CLASIFICACION DE SISTEMAS Proceso del enfriamiento de un termo con AGUA CALIENTE: Es un sistema cerrado, estacionario con respecto a la masa y transiente con respecto a la temperatura. Proceso de CALENTAMIENTO DE AGUA EN UNA TETERA: Antes de que hierva el agua, el sistema es cerrado, en rgimen estacionario para la masa y transiente para la temperatura.Cuando empieza a hervir el sistema es estacionario con respecto a la temperatura y transiente con respecto a la masa.El sistema se transform de un sistema cerrado a un sistema abierto.SISTEMA TERMODINAMICOUn sistema termodinmico (ST) se define como parte del universo objeto de estudio, es decir es cualquier cosa que deseamos estudiar. Un sistema termodinmico puede ser una clula, una persona, el vapor de una mquina de vapor, la mezcla de aire y gasolina en un motor trmico, la atmsfera terrestre etc.El sistema termodinmico puede estar separado del resto del universo (denominado alrededores del sistema) por paredes reales o imaginarias, o esta parte externa del sistema se considera una parte del ENTORNO del sistema.El SISTEMA se distingue de su ENTORNO, o ALREDEDORES, por un lmite especfico, que es la FRONTERA que puede estar en reposo o en movimiento. Estas paredes o fronteras que separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes (paredes adiabticas) o permitir el flujo de calor (diatrmico o no adiabtico).TIPOS DE SISTEMASLos sistemas termodinmicos pueden ser SISTEMAS AISLADOS, SISTEMAS CERRADOS y SISTEMAS ABIERTOS O VOLUMEN DE CONTROL.-SISTEMA AISLADO:Es aquel que no intercambia ni materia ni energa con los alrededores.-SISTEMA CERRADO:Es aquel que intercambia energa (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante), por lo que tambin reciben el nombre de MASA DE CONTROL.-SISTEMA ABIERTO:Es aquel que intercambia energa y materia con los alrededores. Tambin se conoce como VOLUMEN DE CONTROL es decir es una regin de espacio a travs del cual fluye masa o materia.En la siguiente figura se han representado los distintos tipos de sistemas termodinmicos. Energa +materia

Energa

Sistema cerrado

Sistema abiertoSistema aislado

Para describir un sistema y predecir su comportamiento necesitamos conocer sus propiedades y como se relacionan entre s.Las propiedades son caractersticas MACROSCOPICAS de un sistema tales como la masa, el volumen, la energa, presin y temperatura a las que pueden asignarse valores numricos en un instante dado sin un conocimiento previo de la historia del sistema.La termodinmica tcnica tambin trata con magnitudes que no son propiedades, tales como el flujo de masa y la transferencia de energa por trabajo y calor.La palabra ESTADO expresa la condicin de un sistema definido por el conjunto de sus propiedades. O sea que el ESTADO de un sistema termodinmico si se conocen las variables termodinmicas P,V,T las mismas que se relacionan a travs de su ECUACION DE ESTADO.F(P,V,T) = 0En donde:P = PresinV = VolumenT = Temperatura(El volumen tambin puede especificarse como la densidad del sistema).Cuando cualquiera de las propiedades de un sistema cambia, su estado cambia y se dice que el sistema ha sufrido un proceso. Es decir un proceso es una transformacin de un estado a otro.Sin embargo si un sistema muestra los mismos valores de sus propiedades en dos instantes diferentes, estar en el mismo estado en dichos instantes.Diremos que un sistema est es un ESTADO ESTACIONARIO sin ninguna de sus propiedades cambia con el tiempo.Un CICLO TERMODINAMICO es una secuencia de procesos que empieza y termina en el mismo estado. Al final del ciclo todas las propiedades tienen los mismos valores que tenan al principio. En consecuencia, el sistema no experiment cambio de estado alguno al finalizar el ciclo. Los ciclos que se repiten peridicamente juegan un papel primordial en muchas reas de inters.Por ejemplo, el vapor que circula a travs de una planta de generacin de vapor recorre y cumple un ciclo.Una MAGINITUD, es una propiedad, si y solo s, su cambio de valor entre dos estados es independiente del proceso.Se deduce de esto que si el valor de una magnitud particular depende de los detalles del proceso y no solamente de los estados inicia y final, tal magnitud no puede ser una propiedad.PROPIEDADES EXTENSIVAS E INTENSIVASUna propiedad termodinmica se llama EXTENSIVA cuando depende del tamao o magnitud del sistema, es decir de su masa y su volumen. Las propiedades extensivas para un sistema son aditivas o sea que es la suma de los valores correspondientes a las partes en que se subdividen. Las propiedades extensivas pueden cambiar con el tiempo las propiedades INTENSIVAS no son aditivas y sus valores son independientes del tamao o magnitud de un sistema y pueden variar de un sitio a otro dentro del sistema, en un instante dado.As las propiedades intensivas puede ser funcin de la posicin y del tiempo, mientras que las propiedades extensivas varan fundamentalmente con el tiempo. El volumen especifico, la presin y la temperatura son propiedades intensivas importantes.FASE Y SUSTANCIA PURAEl termino FASE se refiere a la cantidad de materia que es homognea en toda su extensin tanto en la composicin qumica como en la estructura fsica.Homogeneidad en la estructura fsica significa que la materia es todo olla solida, o toda liquida, o toda vapor. Un sistema puede contener una o ms fases.SUSTANCIA PURA es aquella que es uniforme e invariable en su composicin qumica.Una sustancia para puede existir en ms de una fase, pero su composicin qumica debe ser la misma un cada fase. Por ejemplo:Si al agua lquida y el vapor de agua forman un sistema con dos fases, al sistema puede considerarse una sustancia pura porque cada fase tiene la misma composicin.ECUACION DE ESTADO TERMICOHabamos definido que el ESTADO de un sistema termodinmico queda determinado si se conocen sus variables termodinmicas P, V, T.Las mismas que se relacionan a travs de su ECUACION DE ESTADO.f(p, v, t) = 0En donde: P = PresinV = VolumenT = TemperaturaY sus respectivas unidades son:Presin: La presin se define como la relacin entre la fuerza y el rea: y sus respectivas unidades son: , Pa, cmHg, atm, bar, mH2O 1.01325 x 105 N/m2 1 atmsfera estandar (atm) = 14,696 lbf/pulg21 atm= 1.033kgf/cm2 = 10.33 mH2O = 76 cmHg1 Pa = 1 N/m21 Bar = 105 Pa1 lbf/pulg2 (psi) = 0.07 kgf/cm2MEDICIONES DE PRESIONSe define la presin como la fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de rea. En ingeniera, al trmino presin se restringe generalmente a la fuerza ejercida por un fluido por unidad de rea de la superficie que la encierra. La medicin de la presin es destacable por qu:

1) Ayuda a definir el estado del fluido.2) Ayuda a determinar el trabajo hecho sobre o por el fluido, si hay movimiento de este.Termodinmicamente, la nica presin de importancia es la presin absoluta, es decir, la presin medida por encima de un cero absoluto de presin. Aunque existen dispositivos capaces de medir la presin absoluta, su uso es muy limitado en ingeniera y no se les discutir en esta oportunidad, El barmetro constituye una excepcin. El barmetro se utiliza para determinar la presin absoluta de la atmsfera.Otros dispositivos medidores de presin miden en realidad diferencias de presin.Sea la diferencia de presin entre dos puntos de un sistema, o, sea la presin en un punto por encima o por debajo de la presin atmosfrica.La presin por encima o por debajo de la presin atmosfrica se denomina presin manomtrica, dado que se le mide por medio del manmetro.La presin manomtrica debe sumarse algebraicamente a la presin atmosfrica para obtener la presin absoluta.Las fuerzas siguientes indican grficamente las diversas presiones que se consideran. P P Presin Presin manomtrica manomtrica o vaco Presin Presin Presin atmosferica atmosfrica absoluta o alrededores 0abs 0abs Figura: Diversos tipos de presin. Cuando la presin en un punto es menor que la atmosfrica se dice que hay vaco. A medida que es mayor la diferencia de presin (Presin atm Presin abs. verdadera) se dice que el vaco se hace mayor. Luego el vaco es:Vaco = P atm P abs. verdaderaEl valor de la presin que suele medirse es la diferencia entre la presin del sistema y de los alrededores. Consideramos, por ejemplo, el manmetro (o medidor de presin) con tubo de Bourdn que se muestra en la siguiente figura:

Figura: Manmetro metlico con tubo Bourdn.La presin del fluido acta contra la superficie interior del tubo, haciendo que se desplace al extremo del mismo, su movimiento se transmite por los elementos de conexin o una aguja que se desplaza en una escala graduada que mide la diferencia de presin entre el fluido del sistema en el interior del tubo y el fluido en sus alrededores.Tal diferencia de presin se conoce con el nombre de Presin manomtrica del sistema.Por otra parte, la presin absoluta del mismo es la suma de su presin manomtrica y la presin absoluta de los alrededores, o sea:Pabs = Pman + PalredLa mayor parte de las veces, un manmetro se instala en contacto con el aire exterior, y la presin de los alrededores (Palred) que acta sobre l es la atmsfera, o sea Patm. El aire de la atmsfera tiene una masa sobre la cual acta la gravedad, y la fuerza resultante por unidad de rea tiene un valor promedio de 101325 Pa al nivel del mar. Como se trata de un valor o nmero demasiado grande para trabajar con l se utilizan los prefijos respectivos, es decir:101325 Pa = 101.325 KPa = 0.101325 MPaKPa = Kilo Pascal, MPa = Mega PascalPara mayor simplificacin suele suponerse que la Patm = 100 KPaAhora: Qu sucede cuando la presin manomtrica es nula o menor que la presin atmosfrica?Si la presin Pman es nula, entonces la presin absoluta del sistema es igual a la presin de los alrededores (Pabs = Pman + Palred).Si la Pman es menor que la del exterior se considera negativa, pues la lectura manomtrica se resta de la presin absoluta de los alrededores (Patm) para obtener la presin absoluta del sistema. Una presin menor que la atmosfrica se conoce con el nombre de presin de vacio o simplemente vaco.Consideremos el croquis de la siguiente figura: B 120 KPa

B A 200KPa Donde el manmetro A indica 200 KPa (lectura manomtrica), el B indica 120 KPa (manomtrica), y la presin atmos- ferica es de 101.3 KPa. A Calcular la presin absoluta del aire en los recipientes A y B?SOLUCION:PBabs = Pbman + Palred PBabs = 120 KPa (man) + 101.3 KPa = 221.3 KPaPAabs = PAman + PAalredPAabs = 200 KPa man + PAalredPAabs = 200 KPa man + 221.3 KPa = 421.3 KPaPasemos ahora a la siguiente figura, en donde se representa un manmetro de lquido para medir la presin en el interior de un recipiente. El sistema tiene una presin P el fluido del manometro tiene una densidad de , y en Presin Pel exterior existe una presin atmosfrica hPatm .Entonces la diferencia de presin entre elsistema y la atmsfera pueden sostener el liquido en el manmetro, cuya densidad es, a una distancia h. Densidad Esto puede expresarse como:P Patm = P = P = x g x h x = x g x h

La presin puede medirse con diversas unidades, y es necesario conocer las equivalencias entre ellas. Por ejemplo:101.325 KPa = 1 atmsfera (atm) = 760 mmHgO sea que una atmsfera de presin ejerce una fuerza de 101.325 KPa, o bien sostiene una columna de mercurio de 760 mm de altura.Una presin absoluta menor que la atmosfrica normal sostiene una columna de mercurio de altura menor, y a una presin absoluta nula corresponde una columna de altura cero. Esto ltimo es lo que se considera un vaco perfecto si observamos ahora la figura adjunta veremos que cuando el sistema presenta una presin nula, la altura, h, a la cual la presin atmosfrica puede empujar al mercurio, es de 760 mmHg.La presin en el sistema seria:0 KPa = 760 mmHg (vac) = 101.325 KPa (vac)

Figura: Altura manomtrica h correspondiente a Pabs = 0