ETER2_U1_A2_SEMB - Sergio Marquez Barrios

Vista previa del material en texto

Termodinámica 2
ER-ETER2-1901-B1-001
Javier Hernández Pérez
Unidad 1
Exergia
Actividad 1
Balances de Energía
SERGIO ADRIÁN MÁRQUEZ BARRIOS
ES172011571
Febrero, 2019
Instrucciones
Utiliza los conceptos de trabajo y proceso adiabático, para describir dos ejemplos de aplicación de estos.
Ejemplo 1: Extintores.
Para el caso de estos equipos, son recipientes sujetos a presión los cuales cuentan con diferentes componentes. En estos se emplea generalmente el uso de polvo químico que es impulsado por un gas propulsor que es accionado por la palanca de descarga la cual genera una expansión adiabática que expulsa el polvo al exterior. 
Fig. 1.- Partes de un extintor.
Ejemplo 2: Conservación de alimentos a bajas temperaturas.
Es un proceso en el cual se cruza una corriente de aire caliente (seco) con agua a través de paneles. Las partículas “roban” energía calorífica al aire caliente y cambian el estado del agua que pasa de estado líquido a gaseoso a temperatura constante. 
Fig. 2.- Conservación de Alimentos.
Utiliza el principio de conservación de la energía para analizar el sistema cerrado de una industria (elige la industria que mayor conocimiento tengas).
Arquitectura del sistema de supresión de fuego.
1.- Válvula de diluvio
2.- Control de agua (activación manual)
3.- Válvula igualadora de presión
4.- Indicador de presión
5.- Toma de presión
6.- Válvula de control de aire (purga)
7.- Control de presión de aire
8.- Alarma audible
9.- PLC
10.- aspersor
11.- detector de humo
12.- Interruptor indicador de presión
13.- unión de brida entre el sistema de agua y sistema de diluvio
14.- Tanque contenedor
15.- Sistema de diluvio (agua o agente limpio)Fig. 3.- Sistema de diluvio (supresión de fuego).
16.- Interruptor confirmación de sistema activado.
 
El sistema de supresión de fuego funciona de la siguiente manera, cuando el sistema de encuentra en condiciones normales sin presencia de fuego, este se encuentra en modo espera, es decir, al pendiente de cualquier suceso para su activación. El sistema puede activarse de manera manual o automático. 
Cuando se detecte la presencia de humo por los detectores, estos enviaran una señal al PLC que a su vez activara una alarma audible indicando que el sistema se activara, al mismo tiempo, se acciona la calcula de diluvio la cual abrirá y rociara el contenido del tanque presurizado con agua o agente limpio a través de los aspersores, atendiendo así la contingencia.
Elabora un cuadro comparativo de los tipos de trabajo intrínseco y cuasiestático.
	Trabajo intrínseco
	Trabajo Cuasiestático
	Sede o recibe energía
	Proceso real que involucran estados intermedios
	Aumento o disminución de la energía interna
	Se encuentran fuera del equilibrio
	Su valor depende del medio que constituye el sistema (presión, temperatura, densidad, carga eléctrica, etc.)
	No se contempla el tiempo requerido para que sea llevado a cabo, sino una sucesión de estados de equilibrio que lo compone
	La diferencia de calor solo afecta el estado intrínseco de la sustancia.
	Cada vez que se produce un cambio se debe esperar un intervalo para que se eliminen las turbulencias (homogeneice)
Realiza una investigación para ejemplificar 3 formas de trabajo irreversible.
El concepto de proceso irreversible es de vital importancia para establecer el limite teórico para la eficiencia de las maquinas térmicas. Un proceso irreversible es aquel en el que no se puede devolver al sistema y el entorno en su estado original.
Los procesos que son irreversibles incluyen movimiento con fricción, expansión libre, transferencia de energía como calor debido a la diferencia significativa de temperatura, corriente eléctrica a través de una resistencia eléctrica diferente a cero, reacción química espontanea, mezcla de materia de diferente composición o estado.
De estas situaciones se derivan 2 conceptos importantes:
· Siempre que un sistema esté en equilibrio los reactivos y productos se interconvierten reversiblemente.
· En todo proceso espontaneo, el camino que va de reactivos a productos es irreversible.
Muchos procesos físicos y químicos ocurren de forma espontánea en la naturaleza:
· El agua de una cascada cae, pero nunca sube espontáneamente
· Al dejar caer un huevo y se rompe no se une espontáneamente
· El hielo se funde a temperatura ambiente y no se congela espontáneamente
· El sodio reacciona con el agua para formar hidróxido de sodio e hidrogeno, y nunca hidrogeno reacciona con el hidróxido espontáneamente para formar sodio y agua.
· El calor fluye de un sistema de mayor temperatura a uno menor y no espontáneamente, al contrario
Se ha observado que numerosos procesos exotérmicos son espontáneos pero que también algunos no lo son, pero que también procesos endotérmicos son espontáneos, estos nos indica que existe otro factor que influye en la espontaneidad y es la entropía, de aquí se desprende la segunda ley de la termodinámica, la cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo. Los procesos naturales solo ocurren en una dirección, la de la máxima dispersión de energía. La entropía del universo aumenta en el curso de todo proceso natural.
Clausius estableció que todo proceso cíclico cuyo proceso final sobre los alrededores sea transferir calor de un cuerpo frio a un cuerpo caliente es imposible. 
Kelvin K. estableció que todo proceso cíclico cuyo único efecto final sobre los alrededores sea absorber calor de un cuerpo y convertirlo íntegramente en trabajo es imposible. Fig. 4.- Enunciado de Clausius
Para entender la entropía se analizará que sucede a nivel microscópico en un sistema determinado.
En un sólido las partículas están juntas en una posición fija, solo existen movimientos de vibración, en un líquido se encuentran más separadas y en un gas aún más. Cuando aumenta la temperatura del gas, la energía cinética de las partículas es mayor, y la separación entre ellas se incrementa. Esto nos muestra que cuando la capacidad de energía del sistema aumenta, la entropía también lo hace debido a la dispersión de la materia o desorden en el sistema. Fig. 5.- Estados del agua
La entropía por lo tanto se define como el grado de dispersión de la energía o el grado de desorden de la materia en un sistema, la entropía no puede decrecer naturalmente, por lo tanto, un sistema que la disminuye será sumamente improbable
En termodinámica existe la regla general de estado, descríbela y ejemplifícala.
· Primera ley de la termodinámica: la energía no se puede crear ni destruir, solo puede cambiarse o transferirse de un objeto a otro. Por ejemplo:
Los focos transforman energía eléctrica en luminosa.
Una bola de billar golpea a otra, lo que transfiere energía cinética y hace que la segunda bola se mueva.
Las plantas convierten la energía solar (energía radiante) en energía química almacenada en moléculas orgánicas.
Fig. 6.- Transformación de la energía.
· La segunda ley de la termodinámica: Todo el trabajo mecánico puede transformarse en calor, pero no todo el calor puede transformarse en trabajo mecánico. Es decir, La energía no puede ser creada ni destruida, pero puede cambiar de formas más útiles a formas menos útiles. Cada transferencia o transformación de energía en el mundo real, cierta cantidad de energía se convierte en una forma que es inutilizable (incapaz de realizar trabajo). En la mayoría de los casos, esta energía inutilizable adopta la forma de calor. Aunque de hecho el calor puede realizar trabajo bajo las circunstancias correctas, nunca se puede convertir en otros tipos de energía (que realicen trabajo) con una eficiencia del 100%. Por lo que cada vez que ocurre una transferencia de energía, cierta cantidad de energía útil pasa de la categoría de energía útil a la inútil.
Postulado de estado (regla general de estado): Se puede identificar el estado termodinámico de un sistema o de una sustancia, a partir de dos propiedades intensivas que sean termodinámicamente independientes T.I. El número de propiedades intensivas intrínsecas necesarias para definir el estado delsistema es igual a 1 + el número de modos cuasiestático.
Conclusión
Un proceso reversible es aquel que puede devolverse a su estado original, sin que haya cambio neto en el sistema ni en el entorno, pero en realidad este tipo de procesos no se pueden realizar ya que no es posible eliminar efectos como la fricción que perturban el equilibrio, por lo tanto, los efectos en la naturaleza son irreversibles, ya que no se pueden devolver el sistema ni el entorno a su estado original.
Bibliografía
Academy, K. (2019). https://es.khanacademy.org. Obtenido de Las leyes de la termodinámica: https://es.khanacademy.org/science/biology/energy-and-enzymes/the-laws-of-thermodynamics/a/the-laws-of-thermodynamics
Carnot, S. (08 de 05 de 2014). https://www.youtube.com. Obtenido de procesos reversibles e irreversibles: https://www.youtube.com/watch?v=xiO6V7gzbBU
Delgado, R. (29 de 09 de 2017). https://revistadigital.inesem.es. Obtenido de ¿Qué es y cómo funciona el enfriamiento adiabático?: https://revistadigital.inesem.es/gestion-integrada/enfriamiento-adiabatico/
García, Á. F. (2019). http://www.sc.ehu.es. Obtenido de Procesos cuasiestáticos: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/cuasiestatico/cuasiestatico.htm
http://es.termodinamica-grupo-6.wikia.com. (2019). Obtenido de Trabajo reversible, Irreversibilidad y Exergía.: http://es.termodinamica-grupo-6.wikia.com/wiki/TEMA_05_-_Trabajo_reversible,_Irreversibilidad_y_Exerg%C3%ADa.
Meza, M. F. (20 de 04 de 2016). https://prezi.com. Obtenido de Fisica ll: https://prezi.com/cdjkzs4giani/fisica-ll/
Nave, M. O. (2019). http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Obtenido de Proceso Adiabático: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/adiab.html
Proceso adiabático. (16 de 04 de 2013). Obtenido de https://cibertareas.info/proceso-adiabatico-fisica-2.html
Rodriguez, J. G. (09 de 02 de 2013). https://es.slideshare.net. Obtenido de Componentes basicos de sistemas contra incendios : https://es.slideshare.net/josegpradar1/componentes-basicos-de-sistemas-contra-incendios
Romero, A. (27 de 02 de 2012). https://es.slideshare.net/. Obtenido de PROCESO ADIABATICO : https://es.slideshare.net/JesusCaastiLla/proceso-adiabatico
Sevilla, U. d. (10 de 03 de 2017). http://laplace.us.es. Obtenido de Segundo principio de la termodinámica (GIE): http://laplace.us.es/wiki/index.php/Segundo_principio_de_la_termodin%C3%A1mica_(GIE)
Sur, A. d. (06 de 05 de 2014). http://termodinamicat2.blogspot.com/. Obtenido de PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA.: http://termodinamicat2.blogspot.com/2014/05/primer-principio-de-la-termodinamica.html
Tebar, E. M. (2017). CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE EXTINCIÓN. Obtenido de https://slideplayer.es/slide/10263720/
UNADM. (2019). https://unadmexico.blackboard.com. Obtenido de Termodinamica 2: https://unadmexico.blackboard.com/bbcswebdav/institution/DCSBA/Bloque%201/ER/03/ETER2_300518/U1/U1Exergia.pdf
7