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Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani
TERMODINÁMICA TERMODINÁMICA TÉCNICATÉCNICA
Ing. Carlos F. Cruz MamaniIng. Carlos F. Cruz Mamani
ORURO – BOLIVIAORURO – BOLIVIA 20092009
UNIVERSIDAD TECNICA DE ORUROUNIVERSIDAD TECNICA DE ORUROFACULTAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERIAINGENIERIA MECÁNICA Y ELECTROMCÁNICAINGENIERIA MECÁNICA Y ELECTROMCÁNICA
Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani
C A P Í T U L O - 6C A P Í T U L O - 6PROCESOS CON GASES PROCESOS CON GASES
IDEALESIDEALES6.1 INTRODUCCIÓN6.1 INTRODUCCIÓN
Un ciclo termodinámico es un conjunto de Un ciclo termodinámico es un conjunto de procesos y por lo tanto es necesario procesos y por lo tanto es necesario conocer estos procesos termodinámicos o conocer estos procesos termodinámicos o cambios de estado que se efectúa en cambios de estado que se efectúa en diferentes condiciones.diferentes condiciones.
Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani
Ciclo termodinámico de Ciclo termodinámico de producción de vaporproducción de vapor
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Ciclo Termodinámico de un Ciclo Termodinámico de un sistema de Refrigeraciónsistema de Refrigeración
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Ciclo termodinámico de un Ciclo termodinámico de un motor térmicomotor térmico
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6.2 Proceso a volumen 6.2 Proceso a volumen constanteconstante• Es un cambio de estado a volumen Es un cambio de estado a volumen
constante, internamente reversible. Se constante, internamente reversible. Se llama también proceso llama también proceso isométrico o isométrico o isocóricoisocórico
Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani
6.3 Proceso a presión 6.3 Proceso a presión constanteconstante• En la figura -2, aparece su representación En la figura -2, aparece su representación
en el diagrama p-v y t-s. En este caso el en el diagrama p-v y t-s. En este caso el sistema intercambia trabajo con el medio. sistema intercambia trabajo con el medio. Llamado también proceso Llamado también proceso isobáricoisobárico..
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6.4 Proceso 6.4 Proceso isotérmicoisotérmico
• Consideremos ahora una transformación Consideremos ahora una transformación en la que la temperatura del gas en la que la temperatura del gas permanezca constante: T=cte. permanezca constante: T=cte.
• Se denomina proceso Se denomina proceso isotérmicoisotérmico. En este . En este caso se cumplirá la Ley de Boyle – caso se cumplirá la Ley de Boyle – Mariotte es decir:Mariotte es decir:
P V = cte.P V = cte.
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6.4 Proceso 6.4 Proceso isotérmicoisotérmico
• En el plano presión – volumen se En el plano presión – volumen se representa mediante una curva representa mediante una curva correspondiente a una hipérbola equilátera.correspondiente a una hipérbola equilátera.
6.4 Proceso isotérmico6.4 Proceso isotérmico• El trabajo en un proceso isotérmico sin El trabajo en un proceso isotérmico sin
flujo será:flujo será:
• El calor en un proceso isotérmico sin flujo El calor en un proceso isotérmico sin flujo será Q = Wserá Q = W
• El trabajo en un proceso isotérmico con El trabajo en un proceso isotérmico con flujo será:flujo será:
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2
111
1
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ln
ln
p
pVpW
V
VVpW
Ecp
pVpW
2
111 ln
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6.5 Proceso isentrópico6.5 Proceso isentrópicoUn proceso isentrópico es una Un proceso isentrópico es una
transformación adiabática internamente transformación adiabática internamente reversible. El sistema no intercambia calor reversible. El sistema no intercambia calor con el medio en ningún momento de la con el medio en ningún momento de la misma.misma.
En consecuencia, para que una En consecuencia, para que una transformación sea adiabática, deberá transformación sea adiabática, deberá cumplirse.cumplirse.
Q = 0Q = 0 ds = 0ds = 0
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6.5 Proceso isentrópico6.5 Proceso isentrópico
Las relaciones entre presión, volumen y temperatura Las relaciones entre presión, volumen y temperatura para una adiabática son:para una adiabática son:
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k
k
k
k
p
p
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V
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1
2
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1
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2
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1
2
2
1
El TRABAJO para un sistema sin flujo es:El TRABAJO para un sistema sin flujo es:
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ksf E
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1
2211
1
2211
k
VpVpW
121
k
TTmRW
Trabajo para un proceso isentrópica con flujo es:
Para una transformación adiabática deberá cumplirse que : Q= 0En cuanto al calor específico de la adiabática, dado que la misma se produce variación de temperatura sin intercambio de calor, será nulo. C adiab= 0
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6.6 Proceso Isoentálpico6.6 Proceso Isoentálpico• En dispositivos de estrangulación puede En dispositivos de estrangulación puede
conseguirse una reducción significativa de conseguirse una reducción significativa de la presión de manera simple: la presión de manera simple: introduciendo una resistencia en el introduciendo una resistencia en el conducto por el que fluye un gas o un conducto por el que fluye un gas o un líquido.líquido.
21 mm
2
22
221
21
11 220 gz
Chmgz
ChmWQ vcvc
6.6 Proceso Isoentálpico6.6 Proceso Isoentálpico
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22
22
2
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1
Ch
Ch
21 hh
Aunque las velocidades son relativamente altas en las proximidades de la restricción, las mediciones realizadas corrientes arriba y corrientes debajo de la sección del área reducida mostraran que la variación de la energía cinética específica del gas es despreciable.
6.6.1 Experimento de Joule-6.6.1 Experimento de Joule-ThompsonThompson
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WgzC
hQgzC
h 2
22
21
21
1 22
21 hh
El gas cambió de estado, en 1 tenía una cierta presión p1 y en 2 tiene otra presión p2 diferente, pero no se modificó ni la temperatura ni la entalpía, por tanto se puede afirmar que para los gases perfectos la entalpía es función únicamente de la temperatura.
21
21
0
0
:caso nuestroEn
zz
CC
W
Q
)(Tfh
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6.7 Proceso Politrópico6.7 Proceso Politrópico
• Una transformación politrópica es un Una transformación politrópica es un cambio de estado en el que varía todas cambio de estado en el que varía todas las propiedades (presión, volumen, las propiedades (presión, volumen, temperatura, entropía, entalpía, etc). temperatura, entropía, entalpía, etc). También en este proceso existe También en este proceso existe transmisión o transferencia de calor y para transmisión o transferencia de calor y para su análisis se lo considera a este proceso su análisis se lo considera a este proceso como internamente reversible.como internamente reversible.
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En las figuras siguientes En las figuras siguientes mostramos los diagramas p-mostramos los diagramas p-V y T-S, para un proceso V y T-S, para un proceso politrópicopolitrópico..
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Las ecuaciones que rigen este proceso tienen un Las ecuaciones que rigen este proceso tienen un parecido con las ecuaciones isentrópicas donde el parecido con las ecuaciones isentrópicas donde el exponente “k” se reemplaza por el exponente “exponente “k” se reemplaza por el exponente “nn” que ” que se denomina exponente politrópicose denomina exponente politrópico
El trabajo para un proceso politrópico sin flujo será:El trabajo para un proceso politrópico sin flujo será:
(3) T
T
(2) T
T
(1)
1
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1
2
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n
n
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p
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p
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(4) 1
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VpVpW
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El trabajo para un proceso politrópico con flujo El trabajo para un proceso politrópico con flujo estacionario es:estacionario es:
• El calor para un proceso politrópico con flujo es:El calor para un proceso politrópico con flujo es:
(5)
11122
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VpVpnWSf
(8)
opolitrópic específicocalor ;c
(7)
(6) 1
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G R A C I A SG R A C I A S
Un hábito es como un cable, tejemos un hilo de él Un hábito es como un cable, tejemos un hilo de él todos los días y al final no podemos romperlo. todos los días y al final no podemos romperlo.
Horace MannHorace Mann
E N DE N D