“AÑO DE LA DIVERSIFICACION PRODUCTIVA Y EL
FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACION ” UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
PROCESOS TERMODINAMICOS CURSO: INTEGRANTES:
Fisicoquímica Agroindustrial
Liviapoma Correa,Anhy Ludeña Fernández, Ana Lucia Julca Morales, Maybelline Navarro Juarez, Yefri Samir
DOCENTE:
Lazo Silva, Alejandro
FECHA DE ENTREGA:
25/01/2016
PIURA-PERÚ
I.
OBJETIVOS
Aprender los conceptos básicos de la termodinámica.
Familiarizarnos con el concepto de proceso termodinámico.
Aprender cada uno de los procesos: procesos adiabáticos, isotérmicos, isocóricos e isobáricos.
Conocer ejemplos de cada proceso termodinámico.
II.
Marco Teórico.-
2.1.-Conceptos Básicos:
A. Termodinámica Campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de materia y energía. En general, la Termodinámica estudia la transferencia de energía que ocurre cuando un sistema sufre un determinado proceso (termodinámico) que produce un cambio llevando de un estado a otro del sistema.
B. Sistema Parte del universo que desea estudiarse. Se clasifican de la siguiente manera:
Sistema cerrado.- sólo puede intercambiar energía con los alrededores.
Sistema abierto.- pueden intercambiar materia y energía.
Sistema aislado.- no pueden intercambiar ni materia ni energía.
Sistema adiabático.- aquel en el cual un sistema no intercambia calor con su entorno.
Sistema termodinámico.- es un espacio donde se hace un estudio de una manera teórica.
C. PROPIEDADES TERMODINAMICAS
C.1.- PROPIEDADES INTENSIVAS Son aquellas que caracterizan una sustancia y que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un cuerpo. Entre ellas tenemos la temperatura, presión, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, calor específico, concentración, índice de refracción.
C.2.- PROPIEDADES EXTENSIVAS Son propias de un proceso, no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un cuerpo. Entre estas propiedades están el peso, volumen, longitud, energía potencial, calor.
2.2.- Procesos Termodinámicos.-
Cuando en un sistema se varían las variables termodinámicas: presión, temperatura, volumen, etc., se dice que se lo somete a un proceso termodinámico. Los distintos procesos termodinámicos pueden estudiarse mediante trayectorias en un diagrama Presión-Volumen (P-V). Estas trayectorias son características de cada tipo de proceso.
A. Proceso Isobárico Es un proceso que se realiza a presión constante. En un proceso isobárico, se realiza tanto transferencia de calor como trabajo. El valor del trabajo es simplemente P (VF- VI) Y la primera ley de la termodinámica se escribe: ΔU = Q – P (Vf – VI) Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea horizontal. Eso es del proceso isobárico.
B. Proceso Isocorico
Un proceso que se realiza a volumen constante se llama isocorico. En estos procesos evidentemente el trabajo es cero y la primera ley de la termodinámica se escribe: ΔU = Q Esto significa que si se agrega (quita) calor a un sistema manteniendo el volumen constante, todo el calor se usa para aumentar (disminuir) la energía interna del sistema. Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; ΔV = 0. Esto implica que el proceso no realiza trabajo presiónvolumen, ya que éste se define como: ΔW = PΔV
donde P es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema). En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical. Es un proceso a volumen constante, en consecuencia. W = 0.
C. Proceso Isotérmico
Es un proceso en el cual la temperatura permanece constante durante la operación. La energía interna de un gas es función de la temperatura exclusivamente. Es un proceso a temperatura constante. En general, ninguna de las cantidades , Q y W son nulas. La gráfica de P versus V para un gas ideal, manteniendo la temperatura constante es una curva hiperbólica llamada isoterma. Como la energía interna de un gas ideal es solo función de la temperatura, entonces en un proceso isotérmico Para un gas ideal ΔU = 0 y Q = W.
D. Proceso Adiabático Un proceso termodinámico es adiabático si el sistema no cede ni recibe el calor, por lo que se realiza a un calor constante. Para ello se utilizan fronteras hechas con paredes adiabáticas. Formula:
PVr = constante
Durante un proceso adiabático, la energía interna del fluido que realiza el trabajo debe necesariamente decrecer. r= C p/Cv
El coeficiente adiabático, siendo C p el calor especifico molar a volumen constante y Cv el calor especifico molar a volumen constante. Para un gas monoatómico ideal, r= 5/3. Para un gas diatómico (como el oxígeno o el nitrógeno, los principales componentes del aire) r= 7/5.
2.3.- Ejemplos de Procesos termodinámicos en la Vida Cotidiana
Proceso Isotermico
Proceso Isobárico
Proceso Isocorico
Proceso Adiabático
2.4.- Ejercicios.PROCESO ISOTERMICO El volumen de un globo meteorológico aumentara al doble al ascender a las regiones altas de la atmosfera, ¿cuál es la presión atmosférica en ese lugar respecto del de la superficie terrestre? Si suponemos T= cte 1 1 = 2 2
2 =1 (
2
2 =
)
=
2
2 =
V;
1 =
2V
2
PROCESO ISOBARICO Una botella de cerveza vacía, se llena completamente con 100 ml.de un líquido a 20 ℃. ¿Qué cantidad se derramara si se calienta hasta 100℃ sin variar la presión?
A presión constante: 1 =
Reemplazando:
=
100 ml ,
100
293
373
=
1 =
10℃ + 273 = 293K,
Se derraman: 127 – 100 = 27 ml.
PROCESO ISOVOLUMETRICO
2 ≈
127 ml
2 =
100℃ + 273 = 373K
Un recipiente contiene 40 l de gas a 0℃ y a la presión 2 atm. ¿Qué presión se ejerce cuando se calienta hasta 80 ℃ ? A volumen constante:
=
2 °
=
0 + 273
40+273
2 =
2,3 atm
PROCESO ADIABATICO El aire un motor a diesel a 20°c se comprime desde una presión inicial de 1atm y un volumen de 800cm 3 a un volumen de 60cm 3. Suponiendo que el aire se comporta como un gas ideal (r= 1.4) y que la compresión es adiabática, determínese la presión y temperatura final. Solución: Datos
Incognitos
Pi= 1atm
Pf
Vi= 800cm3
Tf
Vf = 60cm3 r= 1.4 Utilizando la ecuación: Pi Vr i = Pf Vr f Pf = Pi Vr i / Vr f Pf = 1* 800 1.4 / 601.4 = 37.5763 Como PV = nRT es siempre válida durante el proceso y como no hay escape de aire en el cilindro, de la ecuación de los gases Pi Vr i / Ti = Pf Vr f / Tf calculamos la temperatura final del aire: Tf = Ti Pf Vr f / Pi Vr i Tf = 293 * 37.6*60/ 1*800 = 826.26K Tf = 826K = 553°C
