PPT 2 SISTEMAS TERMODINAMICOS

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SESIÓN:2 
SISTEMAS TERMODINAMICOS 
TERMODINÁMICA
Dr. ASTUÑAUPA BALVIN VCTOR
vastunaupa@ucvvirtual.edu.pe 
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INTRODUCCIÓN
En esta sesión veremos las variables termodinámicos, los sistemas de masa de control con su fronteras regidas y móviles, su cambio en su energía interna debido a las transferencias de energía en forma de trabajo y calor.
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CAPACIDAD
Determinar variables en un sistema Termodinámico definiendo correctamente sus unidades 
IMAGEN DINAMICA: SISTEMA DE MASA DE CONTROL 
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Sistemas termodinámicos 
Variable: presión, temperatura volumen. Volumen especifico. 
Frontera móvil
Sistema de masa de control
CONTENIDO TEMÁTICO
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SISTEMAS TERMODINÁMICA
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Sistema Refrigeración 
Caldera Industrial 
Sistema de acondicionamiento de aire 
Radiador de Automóvil
Cuerpo Humanol
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FRONTERAS DE SISTEMAS DE MASA DE CONTROL
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FRONTERA MOVILE
 DE SISTEMAS DE MASA DE CONTROL
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variables de estado: 
Las variables de estado son el conjunto de valores que adoptan ciertas variables físicas y químicas y que nos permiten caracterizar el sistema. A las variables de estado también se las llama funciones de estado. No todos los sistemas termodinámicos tienen el mismo conjunto de variables de estado. En el caso de los gases son:
Presión, volumen, masa y temperatura
Las variables de estado de una sustancia se relacionan a través de una ecuación de estado propia de la sustancia de manera que, estableciendo un valor a varias de ellas, 
La ecuación de estado de los gases ideales
Un sistema ha alcanzado el estado de equilibrio cuando sus variables de estado permanecen constantes. Todas las propiedades del sistema en equilibrio quedan determinadas por factores intrínsecos y no por influencias externas previamente aplicadas. La termodinámica sólo se ocupa de sistemas en estado de equilibrio.
Variables intensiva: No depende del Tamaño del sistema (Temperatura, concentración y Densidad 
Variables Extensivas: Depende del Tamaño del sistema (Masa, Volumen y la Energía 
VARIABLES TERMODINAMICOS 
No depende de la masa
Intensiva 
Depende de la masa
Extensiva 
PROPIEDADES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS 
VARIABLES TERMODINAMICOS 
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Ejercicio 1 Determina la variación de volumen que experimentan 40 g de oxígeno O2 a presión de 1 atm cuando su temperatura pasa de 25 °C a 50 °C
 
Datos
Masa del gas: m = 40 g
Presión del gas p = 1 atm
Temperatura inicial Ti = 25 ºC = 298.15 K
Temperatura final Tf = 50 ºC = 323.15 K
Consideraciones previas
Un mol de oxígeno pesa 32 g, por tanto 40 g corresponden a n = 40/32 = 1.25 mol
La variación de temperatura ∆T = Tf - Ti = 25 K
Ecuación de estado que se aplica 
Solución:
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Datos
Masa del gas: m = 40 g
Presión del gas p = 1 atm
Temperatura inicial Ti = 25 ºC = 298.15 K
Temperatura final Tf = 50 ºC = 323.15 K
Consideraciones previas
Un mol de oxígeno pesa 32 g, por tanto 40 g corresponden a n = 40/32 = 1.25 mol
La variación de temperatura ∆T = Tf - Ti = 25 K
d
2,57 L
2,57atm L
260,57 J
DIAGRA DE ESTADO
Transformaciones termodinámica 
Solo de equilibrio hay inicial y final 
Abierta 
Cerradas un ciclo en motores 
Isocoras (V=Constante)
Isobaras (P=Constante)
Isotermas (T=Constante)
DIAGRA DE LOS PROCESOS TERMODINAMICOS
DIAGRA DE LOS PROCESOS TERMODINAMICOS
Adiabática
Politrópica
DIAGRA DE LOS PROCESOS TERMODINAMICOS
Ejercicio 2. 100 dm3 de nitrógeno se expanden desde 7 bar hasta 1 bar. Calcúlese el trabajo de expansión:
a)Si la transformación fuera isoterma
b) Si fuera adiabática 
El nitrógeno se comporta como gas perfecto 
a) isoterma
m3
m3
m31,9459
m3
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b) adiabática 
Para el calculo de V2
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Ejercicio 3. Un gramo de agua (1 cm 3) se convierte en 1671 cm 3 de vapor cuando se hierve a presión constante de 1 atm. El calor de vaporización es L=2.256 x10 6 J/kg. Calcule.
a) El trabajo efectuado por el agua al vaporizarse y b) Su aumento de energía interna
 
1 atm = 1013 2 5 Pa
Ecuaciones que aplica 
 
 
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a) El trabajo efectuado por el agua al vaporizarse 
1 atm = 101,3 2 5 kPa
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b) Su aumento de energía interna
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Ejercicio 4. Un gas en un cilindro se expande desde un volumen de 0.11 m3 a 0.32 m3 . Fluye calor hacia el gas con la rapidez mínima que permita mantener la presión constante a 1.8x105 Pa durante la expansión. El calor total añadido es 1.15x105J. a) Calcule el trabajo efectuado por el gas; b) Calcule el cambio de energía interna del gas.
Ecuaciones que aplica 
El trabajo total realizado durante el proceso completo a medida que se mueve el émbolo o la frontera móvil , se obtiene sumando los trabajos diferenciales desde los estados inicial hasta el final
TRABAJO REALIZADO POR UNA FRONTERA MOVIL 
El trabajo es un mecanismo para la interacción de energía entre un sistema y sus alrededores, y Wb representa la cantidad de energía transferida desde el sistema durante un proceso de expansión (o hacia el sistema durante uno de compresión) 
El trabajo de frontera realizado durante un proceso depende de la trayectoria seguida, así como de los estados finales. 
El trabajo neto hecho durante un ciclo es la diferencia entre el trabajo hecho por el sistema y el trabajo hecho sobre el sistema. 
En un proceso 
En un ciclo
volumen constante
presión constante
Compresión isotérmica de un gas ideal
Durante procesos reales de expansión y compresión de gases, la presión y el volumen suelen relacionarse mediante , donde n y C son constantes .Un proceso de esta clase se llama proceso politrópico 
La presión para un proceso de este tipo se puede expresar
 n 
 Para un gas ideal ( por lo tanto:
Para n=1 se tiene 
Proceso isotérmico 
PROCESO POLITRÓPICO
SOLUCIÓN 
En un recipiente rígido se enfría aire y se disminuye la presión y la temperatura. Se determinara el trabajo de frontera realizado.
Ejemplo 5. Un recipiente rígido contiene aire a 500 kPa y 150°C. como resultado de la transferencia de calor hacia los alrededores, la temperatura y la presión dentro del recipiente descienden a 65°C y 400 kPa, respectivamente. Determine el trabajo de frontera hecho durante este proceso.
Trabajo de frontera para un proceso a volumen constante
Ejemplo 6. Un dispositivo sin fricción que consta de cilindro émbolo contiene 10 lbm de vapor a 60 psia y 320 °F. Se transfiere calor al vapor hasta que la temperatura alcanza 400 °F. si el embolo no está unido a una flecha y su masa es constante, determine el trabajo que realiza el vapor durante este proceso.
V = mv donde v es el volumen especifico, el valor se obtiene de tablas, m es la masa igual a 10 lbm 
Trabajo de frontera para un proceso a presión constante
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Ejemplo 7. Al inicio un dispositivo de cilindro émbolo contiene 0,4 m3 de aire a 100 kPa y 80 °C. se comprime el aire a 0,1 m3 de tal manera que la temperatura dentro del cilindro permanece constante. Determine el trabajo hecho durante este proceso.
1 kJ=1 kPa.m3 
 Rta = - 55.5 kJ
El Trabajo se hace sobre el sistema 
Trabajo de compresión isotérmica de un gas ideal.
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Ejemplo 8. 1 kg de agua que al principio está a 90 °C, con 10 por ciento de calidad (saturado), ocupa un dispositivo de cilindro-émbolo con carga de resorte, como el de la figura. Entonces se calienta ese dispositivo hasta que la presión sube hasta 800 kPa, y la temperatura es 250 °C. Calcule el trabajo total producido durante este proceso, en kJ 
Cuando el fluido es agua saturada, la presión y el volumen especifico a 90 °C se determina por tabla A-4, la calidad en el estado inicial se determina con
SOLUCION
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	Código de biblioteca	LIBROS/REVISTAS/ARTÍCULOS/TESIS/PÁGINAS WEB.TEXTO
	536.7/C43a
 	YUNUS &BOLES, Gen gel-Michael. “Termodinámica”. 5ª. Edición. México-Editorial McGraw Hill-2006-990 p- ISBN: 970-10-5611-6
	536.7-R7
 	- ROLLE, Kart:”Termodinámica”-6ª.Edición-México- Editorial Pearson Educación- 2006- 768 p.- ISBN: 970-26-0757-4
 
	536.7-W26
 	-KENNETH & DONAL, Wark-Richards:”Termodinámica”-6ª- Edición- España-McGraw Hill- 2001- 1048 p.-ISBN: 84-481-2829-X
 
	 	http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.html
 
	 	 https://deisysegura.wordpress.com/fisica-termodinamica/calor/4-e-la-primera-ley-de-la-termodinamica-aplicaciones-de-la-primera-ley/
	 	 https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/glussac.html
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𝑾
𝒃
=න𝑷𝒅𝑽
𝟐
𝟏
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=𝑪න
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