Termodinámica
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BLACKALLER LEDESMA SANTIAGO 27-nov-07 Termodinámica
Sistema Termodinámico: Es la cantidad de materia o la región en el espacio a la que dirigimos nuestra atención con propósitos de análisis. Prop.Intensivas:temp,densidad,peso específico.Prop extensivs: volumen masa energia. Presión: P=F/A P.Atmos:101396 N/m2 105 Pa =1 bar P.Abs. Pabs=Patm+Pman Pabs = Patm-Pvac Conves entre escalas. 1.8 L(°C)+32=L(°F) 1.8 l(K)=L(°R) LeyCero: Si el cuerpo A se encuentra en equilibrio termico con el cuerpo B y a su ves el cuerpo B esta en equilibrio con el cuerpo C, entonces el cuerpo A y el C también estan en equilibrio termico.PrimeraLey: El calor es una forma de energua que a través de los límites de un sistema a una temperatura dada se transfiere de un sistema a otro(o a su entorno) que esta a una menor temperatura y que sucede en virtud de la diferencia de temperaturas de los dos sistemas" Q Qsens=mCdeltaT Qlat=ml Trabajo -?Pdv Trabajo de flecha W=(par)(desplazamiento angular) la potencia angular se cambia el desplazamiento por la velocidad 1aLey sist cerrados Q+W=deltaU Entalpía H=U+PV deltaU=mCvdeltaT por lo que Q+W=mCvdeltaT Gasto másico m.=(ro)(A)(vel) si el edo es permanente m.1=m.2 (ro1)(A1)(vel1)=(ro2)(A2)(vel2) o en general ? entrada = ?salida Primera Ley 1ent1sal edo no permanente Q.+Wflech.= dEvc/dt+m.2(h2+V22/2+gz2)-m.1(h1+V12/2+gz1) 1ent1sal edo permanente Q.+W flecha.=m.(h2-h1 + (V22-V12)/2 +g(z2-z1) mas1entmas1sal edo permanente Q.+Wflech.= ? sal m.(h+V2/2+gz)-? ent m. ( h +V2/2+gz) mas1entmas1sal edo no permanente Q.+Wflech.= dEvc/dt+ ? sal m.(h+V2/2+gz)-?ent m. ( h +V2/2+gz) Sustancia Pura Es una sustancia químicamente homogénea y fija en su composición química Fase Es cualquier parte homogenea de un sistema que es físicamente homogénea Calidad x=mvap/(mvap+mliq) Propiedades usando calidad V=Vf+x(Vg-Vf) u = uf+x( ug- uf) h = hf+x( hg- hf) s = sf+x( sg- sf) Ecuacion del Gasi Ideal PV=mRT PV=NRuT R=Ru/M donde M es la masa molecular y N es N=m/M Ru = 8314 J/kmol u h y c en los gases ideales du=Cvdt deltau=CvdeltaT dh=Cpdt deltah=CpdeltaT Cp-Cv = R (Fórmula de Mayer solo para el gas ideal) k = Cp/Cv Proceso Adiabático y relaciones adiabáticas Pvk=cte T2/T1 = (v1/v2)k-1 T2/T1 = (P2/P1) (k-1)/k v1/v2 = (P2/P1) 1/kCiclo Brayton Procesos 1-2 Compresión Adiabática cuasiestatica 2-3 Adición de Q a P cte 3-4 Expansión adiabática cuasiestática 4-1 Rechazo de Q a P cte Datos importantes Procesos 1-2 y 3-4 W12 = h2-h1 =Cp(T2-T1) W34 = h4-h3 =Cp(T4-T3) Procesos 2-3 y 4-1 q23 = h3-h2 = Cp(T3-T2) q41 = h1-h4 = Cp(T1-T4) Eficiencia eta=lo que obtengo/lo q me cuesta = Wneto/qneto = 1- ((T4- T1)/(T3-T2)) R y k normalmente para R=0.287J/g°C y k=1.4 se obtiene Cv = 717.5 J/kg°C y Cp=1004.5J/kg°C Relacion de presion y compresión rp=P2/P1=P3/P4 r=v1/v2
Ciclo Otto Procesos 1-2 Compresión adiabática 2-3 Admision de Q a vol cte 3-4 Expansión Adiabática 4-1 Rechazo de calor a vol cte Datos importantes r=v1/v2= v4/v3 Procesos 1-2 y 3-4 W12 = Cv(T2-T1) W34 = Cv(T4-T3) Procesos 2-3 y 4-1 q23 = Cv(T3-T2) -- q entrada q41 = Cv(T1-T4) Eficiencia eta=lo que obtengo/lo q me cuesta = Wneto/qneto = 1- ((T4- T1)/(T3-T2)) Presión Media Efectiva el valor abs del Wneto=PME (v1-v2) Ciclo Diesel Procesos 1-2 Compresión adiabática 2-3 adición de Q a P cte 3-4 Expansión adiabática 4-1 Rechazo de Q a vol cte Datos importantes Procesos 1-2 y 3-4 W12 = Cv(T2-T1) W34=Cv(T4-T3) Proceso 2-3 q23 = h3-h2 = Cp(T3-T2) Proceso 4-1 q41 = Cv(T4-T1) Relación de corte o de combustion rc = v3/v2IMPORTANTE r = v1/v2 ? v4/v3Eficiencia 1- ((T4- T1)/ k (T3-T2)) Análisis de transitorios Q.+W. = (mfUf-miUi)/dt + ?sal m . (h+V2/2+gz )- ?ent m.(h+V2/2+gz ) Ciclo de refrigeración por compresión de vapor Procesos 1-2 Compresión adiabática cuasiestática 2-3 Rechazo de Q a P cte 3-4 Expansión isoentálpica 4-1 Admisión de Q a P y T ctes. Coeficiente de operación (COP) (â ) â =qent/went = h1-h4/h2-h1 1ton de refirgeracion=3.517 kW Ciclo de Rankine Procesos 1-2 Adición de Q a P cte 2-3 Expansión Adiabática 3-4 Rechazo de Q a P cte 4-1 Compresión Adiabática Eficiencia térmica eta=abs(Wneto)/qent= (abs(Wsal)-Went)/qent = ((h2-h3)-(h1-h4))/h2-h1 Trabajo de la bomba went=h1-h4 went=v4(P1-P4) = h1-h4 La 2a Ley Postulado de Clausius Es imposible operar una maquina cíclica de tal manera que el único efecto externo a la máquina sea la transferencia de calor desde un depósito a otro de mayor temperatura Postulado de Kelvin-Plank Es imposible construir una maquina termica cuyo único efecto externo sea el intercambio de calor con una sola fuente inicialmente en equilibrio y la produccion de trabajo neto Ciclo de Carnot Procesos 1-2 Compresión isotérmica reversible 2-3 Compresión adiabática reversible 3-4 Expansión isotérmica reversible 4-1 Expansión adiabática reversible Principio de Carnot 1.La eficiencia térmica de una máquina térmica irreversible es siempre menor que la eficiencia termica de una maquina térmica totalmente reversible que funciona entre los mismos dos depósitos de calor 2.Las eficiencias térmicas de dos mpaquinas térmicas completamente reversibles que funcionan entre los mismos dos depósitos de calor son iguales Eficiencia térmica máxima eta max=1-(TB/TA)
Sistema Termodinámico: Es la cantidad de materia o la región en el espacio a la que dirigimos nuestra atención con propósitos de análisis. Prop.Intensivas:temp,densidad,peso específico.Prop extensivs: volumen masa energia. Presión: P=F/A P.Atmos:101396 N/m2 105 Pa =1 bar P.Abs. Pabs=Patm+Pman Pabs = Patm-Pvac Conves entre escalas. 1.8 L(°C)+32=L(°F) 1.8 l(K)=L(°R) LeyCero: Si el cuerpo A se encuentra en equilibrio termico con el cuerpo B y a su ves el cuerpo B esta en equilibrio con el cuerpo C, entonces el cuerpo A y el C también estan en equilibrio termico.PrimeraLey: El calor es una forma de energua que a través de los límites de un sistema a una temperatura dada se transfiere de un sistema a otro(o a su entorno) que esta a una menor temperatura y que sucede en virtud de la diferencia de temperaturas de los dos sistemas" Q Qsens=mCdeltaT Qlat=ml Trabajo -?Pdv Trabajo de flecha W=(par)(desplazamiento angular) la potencia angular se cambia el desplazamiento por la velocidad 1aLey sist cerrados Q+W=deltaU Entalpía H=U+PV deltaU=mCvdeltaT por lo que Q+W=mCvdeltaT Gasto másico m.=(ro)(A)(vel) si el edo es permanente m.1=m.2 (ro1)(A1)(vel1)=(ro2)(A2)(vel2) o en general ? entrada = ?salida Primera Ley 1ent1sal edo no permanente Q.+Wflech.= dEvc/dt+m.2(h2+V22/2+gz2)-m.1(h1+V12/2+gz1) 1ent1sal edo permanente Q.+W flecha.=m.(h2-h1 + (V22-V12)/2 +g(z2-z1) mas1entmas1sal edo permanente Q.+Wflech.= ? sal m.(h+V2/2+gz)-? ent m. ( h +V2/2+gz) mas1entmas1sal edo no permanente Q.+Wflech.= dEvc/dt+ ? sal m.(h+V2/2+gz)-?ent m. ( h +V2/2+gz) Sustancia Pura Es una sustancia químicamente homogénea y fija en su composición química Fase Es cualquier parte homogenea de un sistema que es físicamente homogénea Calidad x=mvap/(mvap+mliq) Propiedades usando calidad V=Vf+x(Vg-Vf) u = uf+x( ug- uf) h = hf+x( hg- hf) s = sf+x( sg- sf) Ecuacion del Gasi Ideal PV=mRT PV=NRuT R=Ru/M donde M es la masa molecular y N es N=m/M Ru = 8314 J/kmol u h y c en los gases ideales du=Cvdt deltau=CvdeltaT dh=Cpdt deltah=CpdeltaT Cp-Cv = R (Fórmula de Mayer solo para el gas ideal) k = Cp/Cv Proceso Adiabático y relaciones adiabáticas Pvk=cte T2/T1 = (v1/v2)k-1 T2/T1 = (P2/P1) (k-1)/k v1/v2 = (P2/P1) 1/kCiclo Brayton Procesos 1-2 Compresión Adiabática cuasiestatica 2-3 Adición de Q a P cte 3-4 Expansión adiabática cuasiestática 4-1 Rechazo de Q a P cte Datos importantes Procesos 1-2 y 3-4 W12 = h2-h1 =Cp(T2-T1) W34 = h4-h3 =Cp(T4-T3) Procesos 2-3 y 4-1 q23 = h3-h2 = Cp(T3-T2) q41 = h1-h4 = Cp(T1-T4) Eficiencia eta=lo que obtengo/lo q me cuesta = Wneto/qneto = 1- ((T4- T1)/(T3-T2)) R y k normalmente para R=0.287J/g°C y k=1.4 se obtiene Cv = 717.5 J/kg°C y Cp=1004.5J/kg°C Relacion de presion y compresión rp=P2/P1=P3/P4 r=v1/v2
Ciclo Otto Procesos 1-2 Compresión adiabática 2-3 Admision de Q a vol cte 3-4 Expansión Adiabática 4-1 Rechazo de calor a vol cte Datos importantes r=v1/v2= v4/v3 Procesos 1-2 y 3-4 W12 = Cv(T2-T1) W34 = Cv(T4-T3) Procesos 2-3 y 4-1 q23 = Cv(T3-T2) -- q entrada q41 = Cv(T1-T4) Eficiencia eta=lo que obtengo/lo q me cuesta = Wneto/qneto = 1- ((T4- T1)/(T3-T2)) Presión Media Efectiva el valor abs del Wneto=PME (v1-v2) Ciclo Diesel Procesos 1-2 Compresión adiabática 2-3 adición de Q a P cte 3-4 Expansión adiabática 4-1 Rechazo de Q a vol cte Datos importantes Procesos 1-2 y 3-4 W12 = Cv(T2-T1) W34=Cv(T4-T3) Proceso 2-3 q23 = h3-h2 = Cp(T3-T2) Proceso 4-1 q41 = Cv(T4-T1) Relación de corte o de combustion rc = v3/v2IMPORTANTE r = v1/v2 ? v4/v3Eficiencia 1- ((T4- T1)/ k (T3-T2)) Análisis de transitorios Q.+W. = (mfUf-miUi)/dt + ?sal m . (h+V2/2+gz )- ?ent m.(h+V2/2+gz ) Ciclo de refrigeración por compresión de vapor Procesos 1-2 Compresión adiabática cuasiestática 2-3 Rechazo de Q a P cte 3-4 Expansión isoentálpica 4-1 Admisión de Q a P y T ctes. Coeficiente de operación (COP) (â ) â =qent/went = h1-h4/h2-h1 1ton de refirgeracion=3.517 kW Ciclo de Rankine Procesos 1-2 Adición de Q a P cte 2-3 Expansión Adiabática 3-4 Rechazo de Q a P cte 4-1 Compresión Adiabática Eficiencia térmica eta=abs(Wneto)/qent= (abs(Wsal)-Went)/qent = ((h2-h3)-(h1-h4))/h2-h1 Trabajo de la bomba went=h1-h4 went=v4(P1-P4) = h1-h4 La 2a Ley Postulado de Clausius Es imposible operar una maquina cíclica de tal manera que el único efecto externo a la máquina sea la transferencia de calor desde un depósito a otro de mayor temperatura Postulado de Kelvin-Plank Es imposible construir una maquina termica cuyo único efecto externo sea el intercambio de calor con una sola fuente inicialmente en equilibrio y la produccion de trabajo neto Ciclo de Carnot Procesos 1-2 Compresión isotérmica reversible 2-3 Compresión adiabática reversible 3-4 Expansión isotérmica reversible 4-1 Expansión adiabática reversible Principio de Carnot 1.La eficiencia térmica de una máquina térmica irreversible es siempre menor que la eficiencia termica de una maquina térmica totalmente reversible que funciona entre los mismos dos depósitos de calor 2.Las eficiencias térmicas de dos mpaquinas térmicas completamente reversibles que funcionan entre los mismos dos depósitos de calor son iguales Eficiencia térmica máxima eta max=1-(TB/TA)