TRABAJO COLABORATIVO II UNIDAD IIINTEGRANTES: ALFONSO LUIS NAVARRO ALVARO JOSE ULLOQUE JUAN CARLOS BLANCO C FERNANDO TABARES JAIDER PINEDA GRUPO: 52 TUTORA: RUBEN DARIO MUNERA T UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA. UNAD FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA INDUSTRIAL MAYO DEL 2012 La entropía. ya que nos da una orientación clara acerca del estudio de la Segunda Ley de la Termodinámica. En el siguiente trabajo colaborativo vamos a encontrar un resumen de formulas de la Unidad II de la Asignatura de Termodinámica de la UNAD. el cual comprende diversos temas como lo son: Las leyes de los gases ideales. Es de gran importancia el estudio de la Unidad II del modulo de Termodinámica. el cual el grupo de trabajo colaborativo los desarrollara en base a lo estudiado en la materia. . Los procesos adiabáticos. La eficiencia de una maquina.INTRODUCCION. además se darán respuesta a 5 ejercicios propuestos en la guía. entre otros temas muy importantes que son de gran utilidad en el ambiente profesional. La entalpia. OBJETIVOS ESPECIFICOS Realizar de forma analítica una revisión de la temática manejada en cada capítulo de la unidad II. y sus diferentes aplicaciones en el ambiente industrial. Aprenderse las principales leyes de la Termodinámica para un buen entendimiento de los problemas planteados.OBJETIVOS GENERALES Lograr reconocer. . Realizar de forma analítica una revisión de la temática manejada en la unidad II. Aplicar las diferentes ecuaciones de la SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA y sus diferentes temas que la conforman. observando sus aplicaciones e interactuando con la gran cantidad de fórmulas y conceptos que esta maneja. interpretar los diferentes contenidos que nos presenta esta Segunda Unidad de Termodinámica. REALIZAR UN RESUMEN DE LAS FORMULAS DE LA UNIDAD II COMPRENDIDAS EN EL MUDULO DE TERMODINAMICA.T) = 0 el trabajo realizado por el sistema.V) = 0 + ∆(n. Por lo tanto su variación de calor ∂Q será igual a cero. U = f(T) La energía interna. SEGUNDA SEGUNDA LEY LEY Y Y APLICACIONESS APLICACIONESS DE DE LA LA TERMODINAMICA TERMODINAMICA UNIDAD Procesos Isotérmicos para un Gas Ideal.R. La primera Ley de la Termodinámica nos dice que un cambio de energía interna del sistema termodinámico es igual a la suma del trabajo y del calor involucrado en dicho cambio Esta ecuación se conoce como la Ley de Joule.Q = . Luego en la primera ley nos queda: . UNIDAD II. Ahora se va a estudiar las variaciones que sufre la energía interna de un sistema termodinámico compuesto por un gas ideal. a presión constante Procesos Adiabáticos para un Gas Ideal Para el proceso adiabático es imposible el intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores.P. JUAN CARLOS BLANCO CASTELLAR CAPITULO 4: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Lección 16: Aplicación de la primera ley en gases ideales. de un gas ideal es función exclusiva de la temperatura. U. II.dV variación de entalpía ∆H = ∆U + ∆(P. teniendo en cuenta la trayectoria que sigue el proceso termodinámico. La primera Ley nos dice: U=Q+W=0 W = . dT En un proceso reversible la transformación adiabática puede ser expresada como función de la presión y del volumen.δW = dU = n. Al reemplazar el valor de temperatura por ALVARO JOSE ULLOQUE VIDES Lección 17: Segunda ley de la termodinámica Establece que es imposible construir un dispositivo que funcionando en forma cíclica su único efecto sea convertir completamente en trabajo todo el calor procedente de una fuente térmica Eficiencia de una máquina térmica Donde η= eficiencia de la máquina térmica W= trabajo realizado por la máquina durante un ciclo Qc = magnitud del calor transferido entre una fuente de alta temperatura Tc y la máquina térmica Al aplicar la primera ley se obtiene W=Qc-Qf otra ecuación muy útil para determinar la eficiencia de una máquina térmica Transformaciones Cíclicas Con Dos Focos Térmicos La ecuación para el ciclo nos queda: Q1 + Q2 + W = 0 Podemos reescribir la ecuación: Q1 + Q2 = -W .Cv. ALFOSO LUIS NAVARRO EL CICLO DE CARNOT El proceso cíclico de la máquina de Carnot se conoce como el ciclo de Camot y su fundamento es el siguiente: trabaja con dos focos de diferente temperatura T1 y T2 y el proceso es totalmente reversible. Expansión adiabática de T1 a T2. b) Punto 2 . d) Punto 4 . Cambios De Entropía En Procesos Reversibles Transformaciones adiabáticas . El rendimiento térmico de la máquina: FERNANDO TABARES Lección 19: Entropía La entropía es la propiedad termodinámica que se encuentra asociada al estado de aleatoriedad de las partículas de un sistema. El ciclo de Carnot tiene las siguientes etapas: a) Punto 1-2. La entropía es una función de estado del sistema cuya variación viene dada por el valor de la integral irreversible.3. Compresión isotérmica a la temperatura T2: calor cedido Q2 < 0. para un proceso . Variación de calor Q = O.1. Compresión adiabática de T2 a T1. Variación de calor Q =O c) Punto 3-4. Expansión isotérmica a la temperatura T1: calor absorbido Q1 >0. esto exige que la ganancia y la cesión de calor sigan una trayectoria isotérmica y que el paso entre un foco y otro sea una trayectoria adiabática. un ingeniero escocés que en 1859 publicó su libro Manual de la Máquina de Vapor y que le dio su nombre al ciclo termodinámico de la máquina de vapor. Para el calentamiento irreversible se va a considerar que la temperatura del sistema es T la temperatura del foco T1. n.Transformaciones isotérmicas Cálculos De La Variación De Entropía Para Procesos Irreversibles.J. El fundamento mecánico de esta máquina consiste en aprovechar la energía que posee el vapor de agua para mover un pistón dentro de un cilindro y a la utilización de dos elementos tan baratos como son el agua y el carbón La definición de rendimiento. CICLOS CICLOS TERMODINAMICOS TERMODINAMICOS CAPITULO Lección 21: La máquina de vapor. la capacidad calorífica del sistema es c y su masa m. que utilizan un sistema diferente. 5. Ciclo de Rankine. CAPITULO 5. El ciclo termodinámico de esta máquina fue estudiado por W. Rankine. En ellas la combustión de los compuestos químicos se realiza dentro de la cámara (cilindro más pistón) en donde se va a realizar la expansión de los gases y . para la máquina térmica nos dice: = MAQUINAS DE COMBUSTIÓN INTERNA Existe otro tipo de máquinas muy comunes entre nosotros. perfeccionado por R. el motor Diesel no tiene carburador y la inyección del combustible se realiza por una bomba de inyección. El motor de cuatro tiempos fue desarrollado por N. Ciclo de Otto. Por supuesto.(T3 –T2) De igual manera.A. Otto. de 4 → 1 es el momento durante el cual el sistema cede calor a los alrededores: Q2 = U4 – U1 = Cv. Este es el fundamento del motor de combustión o ignición por compresión. que en el último tercio del siglo pasado construyó la primera máquina con este tipo de motor.(T4 – T1) El rendimiento térmico viene dado por la ecuación de Carnot : =1 =1 La última ecuación reemplazada en el cálculo de rendimiento. un ingeniero alemán. fórmula para el cálculo de .por consiguiente el movimiento del pistón o émbolo. Debido al éxito alcanzado. Este tipo de máquinas se llaman máquinas de combustión interna y a ellas pertenecen los motores que más se utilizan en la actualidad: el motor a gasolina o de cuatro tiempos y el motor Diesel. Diesel. ALFONSO LUIS NAVARRO Lección 22: Motores de cuatro tiempos. a finales del siglo pasado. cuyo nombre fue dado al ciclo termodinámico que describe el proceso que sigue esta clase de motor. Lección 23: Motores de ignición por compresión. el ciclo termodinámico que describe su proceso se conoce con el nombre de ciclo de Otto El cálculo de la eficiencia se realiza como sigue: el calor se absorbe durante 2 → 3 y su valor Q1 por ser a volumen constante : Q1 = U3 – U2 = Cv. Ciclo Diesel. Compresión adiabática de 1 a 2 Adición de calor a presión constante de 2 a 3 Expansión adiabática de 3 a 4 Liberación de calor a presión constante de 4 a 1 eficiencia del ciclo de Brayton se expresa como Lección 25: Máquinas frigoríficas Para el caso del frigorífico que no cumple con el ciclo de Carnot. con el objeto de hacer las debidas simplificaciones de dichas unidades. CAPITULO 6. el cual como en los ciclos estudiados anteriormente. más bien se comporta algo parecido a un ciclo de Rankine inverso. la eficiencia puede ser calculada de otra manera .eficiencia: Lección 24: Ciclo de Brayton. APLICACIONES APLICACIONES DE DE LA LA CAPITULO TERMODINAMICA TERMODINAMICA ICA Lección 26: Análisis dimensional Análisis dimensional es el proceso que se ocupa de establecer que las unidades empleadas para resolver las ecuaciones sean las mismas. Lección 27: Aplicación de las leyes de la termodinámica a procesos de flujo continuo . 3. 2. 4. 6. Los motores de las turbinas de gas utilizadas en plantas generadoras de corriente eléctrica o en la propulsión de aeronaves funcionan mediante el ciclo de Brayton. también consta de cuatro etapas internamente reversibles: 1. Es decir. El flujo de descarga de calor al medio ambiente es de 115500 kJ/h para un aire acondicionado que extrae calor de una oficina a 1817 kJ/min. turbinas y ventiladores W=- RESOLVER EL GRUPO COLABORATIVO LOS SIGUIENTES PROBLEMAS PLANTEADOS. 1. Lección 29: Aplicación de las leyes de la termodinámica a procesos de flujo estable (Continuación) Bombas. se puede escribir: (δmi .δme) = mt + δt + mt Lección 28: Aplicaciones de la termodinámica a procesos de flujo estable. tendremos que el aumento de masa dentro del volumen de control en el intervalo dt será igual al flujo neto de masa dentro de dicho volumen durante el intervalo dt.al aplicar el principio de la conservación de la masa. compresores. en kJ/h. es de: . se puede escribir: mt + δmi = mt + δt + δme la ley de conservación de masa. La potencia eléctrica que requiere este equipo. En forma simplificada y esquemática toda máquina térmica recibe calor procedente de una fuente térmica y mediante un proceso cíclico parte de ese calor se convierte en trabajo y la otra parte se transfiere a una nueva fuente térmica a más baja temperatura según se ilustra en la figura 74. Qc= magnitud del calor transferido entre una fuente de alta temperatura Tc y la máquina térmica Qf= magnitud del calor transferido entre la máquina térmica y una fuente de baja temperatura Tf P =? Remplazamos . W representa el trabajo producido durante el ciclo termodinámico mediante el cual funciona la máquina. Qc representa el calor transferido a la máquina desde la fuente a temperatura alta Tc y Qf el calor que no se convierte en trabajo y que es transferido a la fuente a la temperatura más baja Tf. Para esto se utiliza agua que e encentra a 23 ºC y sale a 79 ºC. es: . La capacidad calorífica del agua es de 1.0 kcal/(kg.3 kcal/ (kg.K). se alimenta a un intercambiador a razón de 133 kg/h y 80 ºC para ser enfriado hasta 48 ºC. en kg/h. el agua requerida para este proceso de enfriamiento. Un aceite tiene una capacidad calorífica de 1.2.K). Despajamos Remplazamos en la formula 3. Un gas a 27 ºC y 133 kPa fluye a 89 m/s a través de un área de 0. La masa molar de este gas es 28.8 g/mol.08 m2. en kg/min. El flujo másico de este gas. es: 133 kPa = (Flujo = Caudal por Densidad) . El ejercicio se desarrolla asumiendo condiciones especiales (gas ideal) w = peso m = masa molar Remplazamos Remplazamos Reemplazamos . La eficiencia de este ciclo es: n=? . es: 153 kPa = 153000 123. En un ciclo. El cambio de entropía que ha sufrido este gas.2 kPa = 123200 5. Un pistón contiene 15 moles de un gas a 153 kPa el cual se expande isotérmicamente hasta que la presión final llega a 123.2 kPa.1 kcal y el calor que cede a una fuente de temperatura mejor es 780 kcal. en J/K.4. el calor que recibe de una fuente de temperatura alta es 1238. En la realización de los ejercicios se reconoce la importancia de mantener Claroslos conceptos y realizar un análisis del problema antes de desarrollarlos. Como estudiantes reconocimos la importancia de adquirir todos estos conocimientos deuna manera más práctica. .CONCLUSIONES Se aplicaron conceptos y formulas desarrolladas en la Unidad Dos con respecto a los 3capítulos que la conforman. pues sin desarrollar la habilidad para resolver ejercicios nosserá imposible hacerlo por más que poseamos la teoría suficiente para el mismo. Física Universitaria. UNAD. Young. (2009). Protocolo de Termodinámica. BROWN. . LEMAY. Módulo de Termodinámica. The Central Science. Editorial Addison – WesleyIberoamericana. UNAD. ZEMANSKY. MUNERA TANGARIFE Rubén Darío.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CISNEROS REVELO Álvaro Enrique. SEARS. BURSTEN. shtml .com/trabajos/origtermod/origtermod.monografias.http://www.