Clase 2 1 Conceptos básicos Termodinámica - P

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TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS
CT-3412CT-3412
2-Conceptos básicos 1
Prof. Nathaly Moreno Salas
Ing. Victor Trejo
Contenido
� Principios básicos de la termodinámica
� Primera ley de la termodinámica
� Segunda ley de la termodinámica
� Propiedades de estancamiento
� Ecuación de continuidad� Ecuación de continuidad
� Trabajo específico en una turbomáquina
� Notación y triángulos de velocidad
� Principio de funcionamiento de una turbomáquina
� Ecuación de Euler
� Rotalpía
¿Qué es la termodinámica?
Es la ciencia que estudia las transformaciones energéticasEs la ciencia que estudia las transformaciones energéticas
Se expresa a través
de 4 principios
Conceptos básicos
Sistema
Es una región del 
espacio definida por 
un observador
Propiedad 
Termodinámica
Variable que cuantifica 
Ciclo
Proceso que inicia y 
termina en el mismo 
Intensivas
FRONTERA
Variable que cuantifica 
la situación de un 
sistema
Estado
Condición del sistema 
definida por sus 
propiedades 
independientes
Proceso
Es la transformación de 
un estado a otro
termina en el mismo 
estado Extensivas
Isotérmico
Isocórico Adiabático
Isobárico
Reversible Irreversible
Conceptos básicos
EQUILIBRIO
Un sistema está en equilibrio 
siempre y cuando no ocurran 
cambios en sus propiedades sin un 
estímulo externo
Térmico
FASE
Cantidad homogénea y 
uniforme de materia
Térmico
Químico
Mecánico
De fase
Sólido
Líquido
Vapor
Propiedades Termodinámicas
PRESIÓN
TEMPERATURA
Propiedades Estáticas
� El estado termodinámico de una partícula de fluido se 
define por sus propiedades (p, T, u, h, s); pero desde el 
punto de vista de la mecánica, también se requiere saber la 
velocidad de la partícula y, posiblemente, su posición en un 
campo gravitatorio.
� Las propiedades termodinámicas se denominan � Las propiedades termodinámicas se denominan 
propiedades de estado; son los valores que se medirán con 
instrumentos que son estáticos respecto al fluido.
� Las propiedades estáticas representan la estructura 
molecular del fluido y obedecen a todas las ecuaciones de 
estado y otras leyes relacionadas con las propiedades y las 
ecuaciones termodinámicas. La velocidad de la partícula y 
la elevación se especifican aparte.
Propiedades de Estancamiento
� Estado de estancamiento o total: estado que
obtendría un fluido en movimiento si sufriera una
desaceleración adiabática reversible hasta llegar a
velocidad cero.
Presión de estancamiento: 21
CPP ρ+=Presión de estancamiento:
Entalpía de estancamiento:
Temperatura de estancamiento:
Fuentes: Fundamentos de termodinámica – Van Wylen
Gas Turbine Theory – Savaramuttoo et al.
2
0 2
1
CPP ρ+=
2
0 2
1
Chh +=
2
0 2
1
C
C
TT
p
+=
Propiedades estáticas y de 
estancamiento
0… corriente no perturbada
1… punto de estancamiento
P1 = P0 + ½ρC2
P1 = ρ.g.l
Representación de las propiedades
Diagrama de Fase
M
R
R
RTpv
=
=
Tablas de Propiedades
Ecuaciones de estado
Primera ley de la termodinámica
Para un proceso (entre dos estados):
Donde
∫ −=−
112 )( dWdQEE
mgzmcUE ++= 21
Para un volumen de control abierto en estado estable:
(1)
mgzmcUE ++= 2
2
( ) ( ) ( )


 −+−+−=− 12
2
1
2
212 2
1
zzgccmhhmWQ &&&
Fuente: Fluid mechanics and thermodynamics of turbomachinery – Dixon S. y Hall C.
“La Energía del Universo se conserva”
Segunda ley de la termodinámica (1/3)
� La segunda ley establece la dirección de estas
transformaciones (por ejemplo el calor fluye
siempre de un cuerpo a alta temperatura a uno de
menor temperatura a menos que se realice trabajo)
y su calidad (irreversibilidades en los procesos)y su calidad (irreversibilidades en los procesos)
Los procesos 
espontáneos
no son 
reversibles
Segunda ley de la termodinámica (2/3)
� Para un ciclo reversible se tiene que:
� Esto es un indicio de la existencia de una propiedad
∫ = 0
T
dQrev
� Esto es un indicio de la existencia de una propiedad
(depende del estado y no de la trayectoria). A esta
integral evaluada entre dos estados se le llama
cambio de entropía:
12
2
1
SS
T
dQrev −=∫
Fuente: Manual del ingeniero mecánico Marks
Segunda ley de la termodinámica (3/3)
� Para un proceso no reversible:
� Esta expresión se puede reescribir en términos de una 
producción de entropía debido a irreversibilidades 
como fricción, procesos de mezclado o cualquier otra 
12
2
1
SS
T
dQ −≤∫
como fricción, procesos de mezclado o cualquier otra 
fuente de irreversibilidades:
irrev
rev S
T
dQ
SS ∆+=− ∫
2
112
Fuente: Fluid mechanics and thermodynamics of turbomachinery – Dixon S. y Hall C.
Ciclo de Carnot
Máquina de Carnot
Rendimiento
• No puede existir una máquina térmica que 
funcionando entre dos fuentes térmicas dadas 
tenga mayor rendimiento que una de Carnot
que funcione entre esas mismas fuentes 
térmicas.
TEOREMAS DE CARNOT
• Dos máquinas reversibles operando entre las 
mismas fuentes térmicas tienen el mismo 
rendimiento.