Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Profesional Azcapotzalco Materia: Termodinámica II
Tema: Apuntes del 1
er
parcial
Nombre: Julio César Merino Rodríguez
Grupo: 6MV2
Profesor: Juan Carlos Lemus Zúñiga
Carrera: Ingeniería mecánica
05-Agosto-2013 PV=nRT— (Gas ideal) PV=mRT— (m especifica)
ma=29.9 760mmHg—1atm--10330 –-1.033 --1.013Bar Raire=29.27
R=.082
Ciudad de México= 585mmHg
1 mol de cualquier gas bajo condiciones normales ocupara 22.4L de volumen.
– = 29.31 – = 29.3 P= .7697 atm P=.7697*10330= 7951.001
– = 45.46 PV=nRT
= = 1572.7064 mol 1mol 1572.7064mol – Isotérmico
-
28.9g 45451.215g Isovolumétrico
=
50
ΔQ= Δw
ΔQ= Δu
Adiabático
Isobárico
Q=Cte. ΔQ=0
ΔQ= Δu+ Δw
Δw= Δu 06-Agosto-2013
Se tienen un tanque estacionario de
de volumen el cual
contiene 7Kg de gas Argón a una T=22.5°C calcular la presión de dicho tanque.
= = 175mol = 4.2425 atm = #átomos de Argón= #mol (6.0221 ) = 175mol (6.0221 )= 1.0538
Cuantos globos se pueden llenar con las siguientes condiciones:
= 1L
P=1amt, v=
= .04124mol = = 4243.453
= = 41.25 mol 1globo
-
.0412mol
X=1001.2136—Se queda de gas en el
-
41.254mol
4243.453-1001.2136=3242.2394
tanque X globos
08-Agsto-2013
=
30lb
T1=8°c
T2=25°C
P1=1atm
P2=585mmHg
V=
Gas= N2 Pabs=Pman+Pmano
Pabs=10330+2110= Tabs= 281.15K
=
Pabs=33296.29
Pabs=Pman+Pbaro --- Pman=Pabs-Pbaro
Pman=33296-7951.38=25344.62 x=.7697
1atm=760mmHg x
=585mmHg
=.7697*10330 = 7951.38
25344.62 =363363.0008/1000=36.3363
Isotérmico
ΔQ= Δw
Isovolumétrico ΔQ= Δu
T=Cte
P1V1=P2V2
Adiabático
Q=Cte. ΔQ=0 Δw= Δu
)K-1= )K-1/K
w=0 Δu=mcvΔt= ΔQ
Q1-2=
Isobárico ΔQ= Δu+ Δw P=Cte ΔQ=mcpΔt
Δt=t2-t1
Δu= mcvΔt
w= mcpΔt- mcvΔt
Calor sensible: Se designa con el nombre de calor (Q) a la energía en tránsito que fluye desde una parte de un sistema a otra o de un sistema a otro, en virtud únicamente de una diferencia de temperatura. En física encontramos definidos varios tipos de calores para una mejor comprensión y entendimiento de los diferentes procesos y fenómenos que ocurren en las sustancias y los cuerpos, así se puede definir el calor sensible, calor latente y el calor específico, calor sensible es aquel que un cuerpo o sustancia es capaz de absorber o ceder sin que por ello
ocurran cambios en su estructura
molecular, o sea, en su estado físico.
Calor latente: Cuando un líquido pasa al estado gaseoso, toma calor latente; cuando un gas se condensa y pasa al estado líquido, cede calor latente. Durante esos procesos la temperatura no experimentará cambio alguno.
Calor específico: Es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado kelvin o Celsius la temperatura de un gramo de sustancia.
Volumen específico: Volumen ocupado por una unidad de masa de una substancia a una temperatura dada. En el caso de los gases el volumen es afectado de manera importante por la temperatura y la presión.
Kcal: Unidad de energía térmica que equivale a mil calorías, es decir, la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de un litro de agua a quince grados.
Energía interna La energía asociada con el movimiento aleatorio y :
desordenado de las moléculas. Está en una escala separada de la energía macroscópica ordenada, que se asocia con los objetos en movimiento.
Calor: Energía producida por la vibración acelerada de las moléculas, que se manifiesta elevando la temperatura y dilatando los cuerpos y llega a fundir los sólidos y a evaporar los líquidos
Temperatura: Es la medida de la energía térmica de una sustancia. 09-Agosto-2013
PROCESO ADIABATICO 85 litros de helio entran en un compresor a una presión absoluta de 1Kg/cm2 durante el periodo de aspiración y se comprimen adiabáticamente hasta una presión de 6Kg/cm2. a) Hallar W efectuado durante la compresión y b) Hallar la temperatura final si la temperatura inicial es 20°C P1=1Kg/cm2 V1=85L
P2=6Kg/cm2 V2=?
RHe=211.19Kgm/KgK Cp=1.250Kcal/KgK
T1=20°C
T2=?
M1=?
)
K-1/K
Cv=.753Kcal/KgK
M2=? =
K=1.6600
--- t2=t1/ )K-1/K
t2=293.15/
1.6600-1/1.6600
=597.6890K
m3 V2= W= Δu= m1=
Δu=mcvΔt=(.0144)(.753)(597.6890-293.15)=3.3Kcal 12-Agosto-2013 P1=7951.38Kg/m2 T1=20°C
P2=? T2=?
V1=1cm3
V2=10cm3 – 1*10-5m3
M1=?
M2=?
=9.26*10-7Kg=m2
M1
P2=P1/ (v2/v1)K= 7951.38/(1*10-5 /1-10-6)1.41=309.344Kg/m2
T2= ==114.132K
13-Agosto-2013 PROCESO ISOBARICO T1=20°C
T2=?
P1=1atm
P2=?
V1=1dm3
V2=10dm3
P1 y P2= 10330Kg/m2
T2==2931.72K
m1= =1.2038*10-3Kg=m2 ΔQ= mcpΔt= ((1.2038*10-3)(.24)(2638.57))=.7623Kcal Δu= mcvΔt= ((1.2038*10-3)(.17)(2638.57))=.5399Kcal
= =.2177Kcal
W=
De 1 a 2’ T1=20°C
T2=?
P1=1atm
P2=?
V1=1dm3
V2=.5dm3
T2’==146.58K ΔQ= mcpΔt= ((1.2038*10-3)(.24)(147.57))=.0426Kcal Δu= mcvΔt= ((1.2038*10-3)(.17)(147.57))=.0301Kcal W=
=.0120Kcal
PROCESO ISOVOLUMETRICO Un tanque de .708m3 contiene argón a una temperatura de 21°C y una P=1.015Kg/cm2. Cuantas Kcal se requiere para calentar el fluido de trabajo hasta una temperatura de 65°C. CP=.125Kcal/KgK
T1=21°C
T2=560°C
P1= 1.015Kg/cm2
CV=.075Kcak/KgK
P2=?
V1=.708m3
R=21.22Kgm/KgK
V2=.708m3
M1=?
M2=?
=11495.7419Kg/m2 P2= = m1==1.1512Kg=m2 ΔQ=Δu…
Δu=mCvΔT=(1.1512)(.075)(39)=3.3672Kcal
=1.6666 Q1-2= 3.3473Kcal K=
15-Agosto-2013
COMPRESSION ADIABÁTICA Sacar las condiciones termodinámicas punto a punto del siguiente diagrama. P
5
Q4-5=25Kcal
4
V4=1/2(V2) 3
1
2 Q1-2= 50Kcal V
V1=1m3
KAIRE=1.4
P1=3atm
CP=.24Kcal/KgK
T1=30°C
CV=.17Kcal/KgK
De 1-2=Expansión isobárica P1=P2
m1==3.4925Kg=m2
==1.1967m3 V2=
ΔQ=mCP(T2-T1)=T2=+T1=+303.15=362.80K De 2-3=Compresión adiabática V1=V3
=389.81K P3= =39919.10Kg/m2 T3=
De 3-4=Compresión isobárica P3=P4 Q3-4=(3.4925)(.24)(-156.16)=-130.8933Kcal
T4= =233.65K
V4= (V2)= (1.1967)=.59835m3
De 4-5= Expansión volumétrica V4=V5
+T4= +233.65=275.75K
ΔQ=mCP(T5-T4)=T5= P5=
(275.75)=47111.88Kg/m2
CICLO OTTO Reglas del ciclo Otto
19-Agosto-2013
a) Carrera de admisión= El embolo inicia su movimiento en su punto muerto superior (PMS); al bajar hacia el punto muerto inferior (PMI), la presión atmosférica provoca que la mezcla aire-combustible entra hacia el cilindro. En la cámara de combustión se abre al comenzar el descenso del cilindro, la válvula de admisión para permitir la entrada de mezcla y se cierra poco antes de que la carrera se a completado en el PMI (esta carrera se realiza en 180° de movimiento del cigüeñal). De 1-2 b) Compresión= Cerrada la válvula de admisión (después de 180° de recorrido inicial del cigüeñal) durante la carrera del regreso del pistón la carga aire-combustible es comprimida en la cama de combustión hasta alcanzar un valor máximo en el PMS, en ese momento el volumen de la carga se ha reducido a una fracción del volumen que se tenía al comienzo dependiendo de la relación de compresión. De 2-3 c) Combustión y expansión= Al final de la carrera de compresión se produce el encendido de la mezcla por medio de una chispa eléctrica, por el consiguiente aumenta la temperatura y depresión del encendido de la mezcla es de 2 a 4 veces superior a la presión alcanzada en la fase de compresión por lo que el pistón es empujado hacia el PMI, al término de la carrera d trabajo o expansión llegado a alcanzar la temperatura hasta 3000°C. de 3-4
d) Carrera de escape= Al termino de la carrera de expansión se abre la válvula de escape y los gases producto de la combustión que están a una cierta presión comienza a salir del cilandro y se igualan las presiones del interior con la barométrica. Durante su carrera de regreso hacia el PMS el pistón expulsa los gases quemados a través de la válvula de escape la cual va a cerrar antes de que llegue al PMS. De 4-5 NOTA: 1 y 2 no es proceso porque son masas diferentes, se calcula por condiciones termodinámicas, la T1 y T2= Cte, y P1 y P2= Cte.
FÓRMULAS 0-1=V1 ó Vc=Cámara de combustión V2=Va+Vc
Rc=
Vc=
Q=mCV(T2-T1)
1-2=Va(admitido)
Qs=CC*PCI
CC=
m2-m1 Wu=∑Wu
Wu=Qu(J)
W1-2=P(V2-V1) 2’=0
W2-3=
W2’-1’=P(V1’-V2’) Potencia
Nt= nt=
ma(masa admitida)=
Trabajos
Va=
Eficiencia
Qu=Wu/J
W=∑Q W3-4=0
Caballos de vapor(CV)=
= = 1+= Eficiencia por calores
W4-5=
KWatts=CV(.7355)
W5-
= 1+= Eficiencia por temperatura nt=1- nt= 1+
Se tiene un motor ciclo Otto de 4 tiempos con las siguientes características:
=4.5cm
Rc=6
d=5cm
P1=1atm
T1=20°C
=.045m
No.
Presión
Temperatura
Volumen
Gasolina =.05m
Masa Kg
Kg/
K
1
10330
293.15
1.5184
2
10330
293.15
9.1105
3
126914.31
600.27
1.5184
4
852630.691
4032.71
1.5184
5
69397.18
1969.40
9.1105
2`
10330
293.15
9.1105
1`
10330
293.15
1.5184
1.8279
1.0968 1.0968 1.0968 1.0968 1.0968 1.8279
=V4 =m1’ = Kg=m3=m4=m5=m2’ M2= = 1.0968
= 600.27K ( ) = 126914.31Kg/m2 P3= T3=
COMBUSTIBL
FORMUL
RELACION AIRE
PODER CALORIFICO
E
A
COMBUSTIBLE
KCAL/KGcombustible
PARTES DE AIRE/PARTES DE COMBUSTIBLE Kg/Kg ACETILENO
C2H2
13,26
11500
ALCOHOL
C2H5-OH
9,09
6400
CH3-OH
6,45
4750
BENCENO
C6h6
13,26
9620
BUTANO
C4H10
15,45
11100
CARBON
C
11,49
7840
CETANO
C16H32
14,95
10510
DIESEL
---
14,92
10100
ISOCTANO
C8H18
14,83
10400
METANO
CH4
17,24
11700
PROPANO
C3H8
15,62
11400
HIDROGENO
H2
34,48
28600
ETILICO ALCOHOL METILICO
(GASOLINA)
CC= = 6.1632 Kg Qs=( 6.1632 )( 10400)=.0640Kcal
T4=+ 600.27= 4032.71K P4=
= 852630.691Kg/m2
= 1969.40K ( )
T5=
P5= = 69397.18Kg/m2 W1-2= .7842Kg 2’=0
W2-3=2.4047Kg
W3-4=0
W4-5=-16.5597
W5-
W2’-1’=-.7842Kg
Wu=∑Wu=-14.155Kgm
=-.0331Kcal
Qu=
Wu=-.0331(427)=-14.155Kgm
=-176.9375Kgm/s =-.23591CV CV= Nt=
KWatt=(-2.3591)(.7355)=-1.7351KWatt
)(.17)(293.15-1969.40))=-.0312Kcal
Qp=((1.0968 nt= 1+
= .5125
23-Agosto-2013
Calor específico: Es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado kelvin o Celsius la temperatura de un gramo de sustancia.
Calor especifico promedio: (CPr), en los sólidos y líquidos varía en función de la presión. h2o=1Kcal/Kgk
CPr hielo=.5Kcal/KgK
CPr
CPr vapor de h2o=.456Kcal/Kgk
Energía latente: Energía de cantidad necesaria para poder generar un cambio de fase, este no se mide con temperaturas.