Monografias | Taller de Termodinámica

1. ¿Qué es la termodinámica?

La termodinámica se define como la ciencia de la energía. La energía es lacapacidad para producir cambios.

La palabra termodinámica proviene de los vocablos griegos thermos (calor) ydinamycs (potencia), que describe los primeros esfuerzos por convertir el caloren potencia. Hoy en día el mismo concepto abarca todos los aspectos de la energíay sus transformaciones, incluidas la producción de potencia, la refrigeracióny las relaciones entre las propiedades de la materia.

2. Que dice la primera ley de la termodinámica

Si en un sistema se produce una transformación, entonces el cambio de energía

interna del sistema ( U₂  U₁ ), es igual a ladiferencia entre el calor total entregado

al sistema durante la transformación ( Q ) y el trabajo total realizado porel sistema

durante esa transformación ( W ):

U₂  U₁ = Q  W

La primera ley de la termodinámica dice que la energía se conserva. Se podríaobjetar que esta ley es una aproximación corregida por la teoría de larelatividad; que, en lugar de la energía, lo que se conserva es la combinaciónde masa y energía. Aceptemos el enunciado de la primera ley de la termodinámicaen su forma original.

3. Que sostiene la segunda ley de la termodinámica

Es la más universal de las leyes físicas. En su interpretación másgeneral, establece que cada instante el Universo se hace más desordenado. Hayun deterioro general pero inexorable hacia el caos. Uno de los patronesfundamentales de comportamiento que encontramos en el mundo físico es latendencia de las cosas a desgastarse y agotarse. Las cosas tienden, para usar untérmino especializado, hacia un estado de equilibrio termodinámico. En todaspartes podemos encontrar ejemplos de la Segunda Ley de la Termodinámica. Losedificios se derrumban, la gente envejece, las montañas y las costas seerosionan, los recursos naturales se agotan. Los científicos han inventado unamagnitud matemática, la entropía, para cuantificar el desorden.

La 2ª ley de la Termodinámica, una ley fundamental relacionada con lanaturaleza del calor. La cantidad perdida no permanece solo como calor, sino quese convierte en calor a una menor temperatura, del cual solo se puedetransformar en otras formas de energía una pequeña cantidad. Se podríansolucionar todos los problemas de energía de la humanidad si, por ejemplo, sepudiera extraer la energía calorífica de los océanos, dejándolos ligeramentemás fríos y convirtiendo el calor extraído en electricidad, pero la 2ª leynos dice que eso no es posible.

Definición de Clausius de la segunda ley: El calor no puede, por símismo, pasar de un cuerpo más frío a uno más caliente.

Definición de Kelvin-Planck de la segunda ley: Es imposible para unsistema experimentar un proceso cíclico cuyo único resultado sea la absorciónde calor de un único depósito a una única temperatura y la transformación enuna cantidad equivalente de trabajo.

4. Un sistema de masa fija se llama .....

Sistema cerrado

5. Un sistema que implica transferencia de masa por sus fronteras recibe elnombre de...

Sistema abierto

6. La ley cero de la termodinámica que establece

Si un cuerpo A está en equilibrio térmico con un cuerpo C y un cuerpo Btambién está en equilibrio térmico con el cuerpo C, entonces los cuerpos A yB están en equilibrio térmico. Esta curiosa nomenclatura se debe a que loscientíficos se dieron cuenta tardíamente de la necesidad de postular lo quehoy se conoce como la ley cero: si un sistema está en equilibrio con otros dos,estos últimos, a su vez, también están en equilibrio. Cuando los sistemaspueden intercambiar calor, la ley cero postula que la temperatura es unavariable de estado, y que la condición para que dos sistemas estén enequilibrio térmico es que se hallen a igual temperatura.

7. A qué llamamos sustancia pura

Llamamos sustancias puras a aquellas que tienen la composición químicahomogénea e invariable. Puede existir en mas de una fase, pero su composiciónorgánica es la misma en todas ellas.

8. Que es un punto crítico

Es un punto límite para el cual el volumen de un líquido es igual al de unamasa igual de vapor o, dicho de otro modo, en el cual las densidades del líquidoy del vapor son iguales. Si se miden las densidades del líquido y del vapor enfunción de la temperatura y se representan los resultados, puede determinarsela temperatura crítica a partir del punto de intersección de ambas curvas.

9. Que es una máquina térmica

Es una máquina cuyo principio es trabajar con calor

10. Que es humedad relativa

Se define como la razón de la fracción molar de vapor en una mezclasaturada a la misma temperatura y presión total.

11. Que es un turbo reactor

Esta máquina se utiliza ampliamente en la aviación moderna y constituye unamodificación al ciclo abierto de Brayton de las turbinas a gas. Los humoscalientes de la combustión sólo se expanden en la turbina hasta producir eltrabajo necesario para accionar el compresor. La energía restante se convierteentonces en energía cinética, llegándose a altas velocidades, mediante laexpansión en una tobera colocada a continuación de la turbina.

12. Que es un cohete

El cohete es un elemento propulsor que se caracteriza por el hecho de quepuede funcionar en ausencia de atmósfera. El térmico cohete incluye tanto lamasa propulsante como la energía propulsora.; en función de esta, puedeclasificarse en cuatro tipos: cohetes químicos ( de combustible sólido o líquido,y que son los únicos que se emplean de forma operativa) y cohetes nucleares, eléctricosy fotónicos (todos ellos de fase experimental).

13. Que es la eficiencia térmica

Esta dada por el calor extraído del foco mas frío sobre el trabajo neto wsuministrado durante un ciclo

14. La transferencia de calor de un medio de baja temperatura a uno de altatemperatura requiere de dispositivos especiales. Cómo se llaman

Vasos comunicantes

15. Cuál es el ciclo reversible más conocido y de cuántos ciclos secompone

El más conocido es de Kelvin – Planck, al extraer calor de una fuente.

16. Que es el punto de rocío

Es la temperatura a la que el vapor se condensa o solidifica cuando se enfríaa una presión constante.

17. A qué denominamos ecuación de estado

Se denomina ecuación de estado a la relación que existe entre las variablesp, V, y T. La ecuación de estado más sencilla es la de un gas ideal pV=nRT,donde n representa el número de moles, y R la constante de los gases R=0.082atm·l/(K mol).

18. Que es energía nuclear

Es generada por la redistribución de partículas dentro del núcleo del átomo.La relación entre el decrecimiento de masa de una reacción nuclear y la energíagenerada está dada por la ecuación de Einstein: E = m C².

19. Que es humedad específica

20. Que es la carta psicométrica

21. Realice el diagrama del ciclo de Brayton

 22. Realice el diagrama del ciclo de Rankine con vapor saturado

Proceso 1-2: Compresión isoentrópica de agua saturada que sale delcondensador

Proceso 2-3: Calentamiento y evaporación del agua a presión constante

Proceso 3-4: Expansión isoentrópica del vapor de agua

Proceso 4-1: Condensación del vapor de agua a presión constante

23. Realice el diagrama del ciclo de Carnot inverso

En cualquier ciclo, tenemos que obtener a partir de los datos iniciales:

• La presión, volumen de cada uno de los vértices.
• El trabajo, el calor y la variación de energía interna en cada una de los procesos.
• El trabajo total, el calor absorbido, el calor cedido, y el rendimiento del ciclo.

24. Realice el diagrama de un ciclo de refrigeración

25. Que es el aire acondicionado

La finalidad de la refrigeración es producir una temperatura inferior a laatmosférica. El resultado es la extracción de calor de la región de bajatemperatura y su cesión a la alta temperatura del medio circundante. Lacantidad de calor extraído de la baja temperatura se denomina efectorefrigerante.

26. Cuales son los tratamientos a los cuales se somete el aire acondicionado

Los sistemas de aire acondicionado, como las máquinas térmicas, sondispositivos cíclicos. El fluido de trabajo utilizado en el ciclo en el ciclode refrigeración se llama refrigerante. El ciclo de refrigeración que se usacon mayor frecuencia es el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, queincluye cuatro componentes principales: Un compresor, un condensador, una válvulade expansión y un evaporador.

El refrigerante entra al compresor como un vapor y se comprime a la presióndel condensador. Sale del compresor a una temperatura relativamente alta y seenfría y condensa conforme fluye por el serpentín del condensador liberandocalor hacia el medio circundante. Luego entra a un tubo capilar donde su presióny su temperatura descienden drásticamente, debido al efecto de estrangulación.El refrigerante de baja temperatura entra luego al evaporador, donde se evaporaabsorbiendo calor del espacio refrigerado. El ciclo se completa cuando elrefrigerante sale del evaporador y vuelve a entrar al compresor.

27. Realice el diagrama de un ciclo regenerativo

28. Cuales son los índices de confort

29. Cuáles son las principales máquinas de combustión interna

Los motores de dos y cuatro tiempos, el motor diesel ,las turbinas de gas, elmotor diesel y el Wankel

30. Realice el diagrama del ciclo de Otto

• Admisión: evolución 0-1. El pistón se desplaza desde el PMS (punto muerto superior) al PMI (punto muerto inferior). La válvula de admisión, VA se encuentra abierta. El pistón realiza una carrera completa. El cilindro se llena con mezcla aire/combustible. Al final de la admisión (en el PMI) se cierra la VA. El llenado del cilindro requiere un trabajo negativo.
• Compresión: evolución 1-2. Con las dos válvulas cerradas (VA y válvula de escape, VE), el pistón se desplaza desde el PMI al PMS. Se realiza una carrera completa. Se comprime la mezcla aire/combustible. En principio esta compresión es adiabática. La compresión requiere trabajo negativo.
• Encendido: en teoría este es un instante (evolución 2-3). Cuando el pistón llega al PMS, se enciende la chispa en la bujía y se quema la mezcla en la cámara de combustión, aumentando la presión de 2 a 3.
• Escape: evolución 1-0. El pistón se desplaza desde el PMI al PMS. Se realiza una carrera completa (la VE está abierta y la VA se encuentra cerrada). En principio la presión dentro del cilindro es igual a la atmosférica, por lo cual el trabajo requerido es cero.

Trabajo enviado por:

Cód: 65011079

Universidad libre de Colombia

Facultad de ingeniería mecánica

Bogotá D.C., 4 de marzo de 2003