CICLOS TÉRMICOS
“CONCEPTOS BÁSICOS”
Universidad Antonio Nariño, Puerto
Colombia / Ing. Jorge González Coneo
DEFINICIÓN
• La termodinámica es considerada una ciencia
que se encarga de estudiar,describir e
interpretar las diferentes formas de
interacción energética entre un sistema y sus
alrededores.
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SISTEMA Y ALREDEDORES
• En forma genérica, se puede considerar un
sistema como una porción material que es
seleccionada con el fin de ser estudiada. Todo lo
externo a un sistema, se denomina alrededores.
• La superficie que separa a un sistema de los
alrededores recibe el nombre de “frontera”
• Las fronteras puede ser fija o puede ser movil,
dependiendo de si el sistema cambia de tamaño.
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SISTEMA Y ALREDEDORES
La selección del sistema es subjetiva y depende principalmente de lo que se quiera
medir. En un motor de combustión, podría seleccionarse como sistema la masa de
la mezcla aire combustible confinada entre el cilindro y el pistón del motor.
Esta selección es util cuando se quiere estudiar como cambian las variables
termodínámicas de dicho mezcla.
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SISTEMA Y ALREDEDORES
Todos los sistemas tienen un cierto nivel de energía que depende de sus
condiciones macroscópicas y microscópicas. Los alrededores, el entorno también
tienen otro nivel energético. Cuando los niveles de ambos son iguales, el sistema
se encuentra en equilibrio, cuando no es así, existe una fuerza impulsora o
potencial termodinámico que induce la interacción energética y el cambio de
estado del sistema.
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TIPOS DE SISTEMAS
• Los sistema usualmente se clasifican en:
• Abiertos: permiten el flujo másico
• Cerrados: no permiten el flujo másico
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TIPOS DE SISTEMAS
• Aislados: no hay ningún tipo de interacción
energética entre el sistema y los alrededores
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ESTADO TERMODINÁMICO Y
PROPIEDADES
• Las propiedades se clasifican en intensivas, extensivas y
específicas.
• Las propiedades intensivas son aquellas que son
independientes de la masa del sistema(la presión, la
temperatura, …)
• Las extensivas son las que dependen de la masa(la
energía cinética, la energía interna,..)
• Las específicas son aquellas que se expresan por
unidad de masa, se obtienen dividiendo una propiedad
específica entre la masa del sistema(energía interna
específica, volumen específico,…).
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ESTADO TERMODINÁMICO Y
PROPIEDADES
• El estado no son mas que las condiciones o
características en las que se encuentra un sistema en
un instante determinado. Esas condiciones se
determinan mediante la medición de las
propiedades del sistema(Ej: presión, temperatura,
volumen, masa, energía interna, etc).
• Cualquier cambio en las propiedades del sistema se
denomina proceso.
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PROCESOS
Proceso isotérmico
Proceso isobárico
Proceso isocórico ó
isovolumétrico
Existen diverso procesos mediante los cuales un sistema
puede cambiar de un estado termodinámico a otro.
Algunos procesos especiales son el
isotérmico(temperatura constante), el isobárico(presión
constante), isocórico(volumen constante), adiabático(sin
tranferencia de calor), etc.
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PROCESOS EN ESTADO ESTABLE
• Son aquellos procesos en los cuales las propiedades
en cada uno de los puntos del sistema permanece
constante, a pesar de que puedan ser diferente
entre cada uno de ellos.
• P1, P2, y P3 son diferentes entre si, pero sus valores son
constantes en el tiempo.
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PROCESOS EN ESTADO TRANSITORIO
• Son aquellos procesos en los cuales las propiedades en
cada uno de los puntos del cambia en el tiempo
• P1, P2, y P3 tienen valores que dependen del instante de
tiempo en el que se midan, Las propiedades no son
constantes.
• Normalmente los procesos tienen un intervalo de tiempo
en estado transitorio y luego se estabiliza alcanzando su
condición de estado estable.
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TEMPERATURA, LEY CERO DE LA
TERMODINÁMICA
• La temperatura es una propiedad que mide
indirectamente la energía cinética molecular o
atómica de la materia o de las sustancias.
Normalmente asociamos la temperatura con los
términos frio o caliente, pero estos realmente no la
definen apropiadamente.
• La transferencia de calor es la forma de intercambio
energético que se produce como consecuencia de la
diferencia de temperatura entre un sistema y los
alrededores u otros sistemas.
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TEMPERATURA, LEY CERO DE LA
TERMODINÁMICA
• Cuando la temperatura entre el sistema y los
alrededores es la misma, no hay transferencia de
calor y se dice que el sistema esta en equilibrio
térmico.(el potencial termodinámico en este caso es
la temperatura).
• En caso contrario, se produce la transferencia de
calor y se dice que el sistema se encuentra en
contacto térmico con los alrededores.
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TEMPERATURA, LEY CERO DE LA
TERMODINÁMICA
• La Ley Cero de la termodinámica establece que si la
temperatura de un sistema A es igual a la de un sistema
B y la de este último sistema es igual a la de un sistema
C, entonces la temperatura entre los sistemas A y C
también es igual.
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ESCALAS DE TEMPERATURA
• Existen dos escalas básicas una absoluta y otra
“relativa” o centigrada.
• La escala absoluta, toma como referencia el estado
de la sustancia en el cual deja de tener agitación
molecular. Este es el cero absoluto.
• En la escala centígrada el cero es el punto en el cual
el agua se congela y el punto en el cual alcanza su
punto de ebullición se le asigna un valor de 100°,
entre estos dos puntos existen 100 divisiones.
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ESCALAS DE TEMPERATURA
• En el sistema internacional de unidades la escala
absoluta es el Kelvin, mientras que la centigrada
es el Celsius.
• Existe una relación entre estas dos escalas que
viene dada por la expresión:
• T(K)=T(°C)+273.15 K
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ESCALAS DE TEMPERATURA
• En el sistema Inglés la escala absoluta es el
Rankine(R) y la centigrada es el Farenheit(°F)
• La relación entre esta dos viene dada por:
• T(R) = T(°F) + 460 R
• De igual forma existe una relación matemática
que permite convertir los valores de temperatura
entre un sistema y otro. Una de las expresiones
es la siguiente:
• T(°F)=(9/5)T(°C) +32°F
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PRESIÓN
• La presión es una variable termodinámica que
mide el cambio en la cantidad de movimiento
promedio de las moléculas en una sustancia al
chocar contra las paredes de un recipiente
que las contiene o que las rodea.
• La fuerza por unidad de área que se produce
debido a estos choques se denomina presión.
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PRESIÓN
• A presión se mide en Pascales(Pa) en el sistema
internacional(Newton/metros cuadrados) y en
Psi(libras fuerza/pulgadas cuadradas) en el sistema
inglés. Hay otras unidades de mucho uso como son
las atmósfera)(atm y los bares(bar).
• La equivalencia entre algunas de estas unidades son:
• 14.69 Psi= 101350 Pa= 1atm
• 1 bar =100000 Pa
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ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA
HIDRÓSTÁTICA
• P=Pref +.h, donde “” es el peso específico del fluido
y es igual al producto entre la densidad y la
gravedad.
• En muchas situaciones la presión de referencia es la
atmósferica.
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ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA
HIDRÓSTÁTICA
• Este principio establece que la presión en un fluido
varia en forma lineal con la profundidad,es decir a
mayor profundidad mayor presión.
• Esta presión tambien depende de la densidad del
fluido que se este analizando.
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PRINCIPIO DE PASCAL
• El principio de Pascal establece que la presión en un
fluido es la misma en todas las direcciones, por lo
cual para un mismo fluido(en reposo), puntos que se
encuentren al mismo nivel o a la misma profundidad
tendrán la misma presión.
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TERMODINÁMICA