TEMA 2 - LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA Termodinámica Primavera 2022 Docente: Jaime Peña Álvarez Coordinador de Prácticas y Titulación Ingeniería Civil Industrial jaime.pena@uautonoma.cl Presentación con algunos aportes de material del Prof. Dr. Francisco Cabrera. 2 En este tema veremos: Sistemas de referencia: cerrados y abiertos Propiedades intensivas y extensivas Densidad y densidad relativa Estado y Equilibrio Procesos y Ciclos Temperatura y sus escalas Ley Cero de la Termodinámica Presión Manómetro Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-NC 3 4 ¿Qué es un sistema? 5 Sistema cerrado o masa de control 6 Sistema abierto o volumen de control Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA-NC 7 Propiedades de un sistema 8 Densidad, Densidad Relativa y Peso Específico El peso de un volumen unitario de una sustancia se llama peso específico: 𝛾𝑆 = 𝜌𝑔 (𝑁Τ𝑚3 ) donde g es la aceleración gravitacional. Las densidades de líquidos son en esencia constantes y, por consiguiente, se pueden aproximar como sustancias no compresibles durante la mayor parte de los procesos sin sacrificar mucho en precisión. 9 Estado y Equilibrio Postulado de estado: El estado de un sistema compresible simple (carece de efectos eléctricos, magnéticos, gravitacionales, de movimiento y tensión superficial) se especifica por completo mediante dos propiedades intensivas independientes. 10 Procesos y Ciclos 11 Procesos, Ciclos y Flujo Estacionario Proceso de flujo estacionario: proceso durante el cual un fluido fluye de forma estacionaria por un volumen de control. Es decir, las propiedades del fluido pueden cambiar de un punto a otro dentro del volumen de control, pero en algún punto fijo permanecen sin cambio durante todo el proceso. Por lo tanto, el volumen V, la masa m y el contenido total de energía E del volumen de control permanecen 12 constantes durante un proceso de flujo estacionario. Temperatura y calor Temperatura: Es una medida de que tan fría o caliente es una sustancia en relación a otra. Calor: Es la energía que fluye entre objetos que están a diferentes temperaturas. 13 Ley Cero de la Termodinámica Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA 14 Ley Cero de la Termodinámica Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA 15 Escalas de temperatura Kelvin (K): la escala absoluta o termodinámica de temperatura comienza en el cero absoluto y sólo tiene valores positivos. Celsius (°C): la escala de temperatura usada en las ciencias, formalmente llamada centígrada, es la escala más comúnmente usada en el mundo, el agua se congela a 0°C, y hierve a 100°C. Fahrenheit (°F): la escala usada comúnmente en Estados Unidos para los reportes del clima; el agua se congela a 32°F, y hierve a 212°F. Rankine (R): equivalente del Kelvin en sistema inglés. 16 Escalas de temperatura Celsius Kelvin Fahrenheit 17 Escalas de temperatura 18 ITS-90 19 Transformaciones Celsius a Kelvin Celsius a Fahrenheit 𝑇(°𝐶) = 𝑇(𝐾) − 273,15 𝑇(°𝐶) = (𝑇(°𝐹) − 32)/1,8 𝑇(𝐾) = 𝑇(°𝐶) + 273,15 𝑇(°𝐹) = 1,8 ∗ 𝑇(°𝐶) + 32 Δ𝑇(𝐾) = Δ𝑇(°𝐶) Fahrenheit a Rankine Rankine a Kelvin 𝑇(𝑅) = 𝑇(°𝐹) + 459,67 𝑇 𝑅 = 1,8 ∗ 𝑇(𝐾) Δ𝑇(𝑅) = Δ𝑇(°𝐹) 20 Ejemplo Cómo expresar el aumento de temperatura en unidades distintas Durante un proceso de calentamiento, la temperatura de un sistema aumenta en 10 °C. Exprese este aumento de temperatura en K, °F y R. 21 22 Presión 23 Presión 24 Ejemplo Presión absoluta de una cámara de vacío Un medidor de vacío conectado a una cámara marca 5,8 psi en un lugar donde la presión atmosférica es de 14,5 psi. Determine la presión absoluta en la cámara. 25 P varía con -z 26 P varía con -z 27 P varía con -z 28 Ley de Pascal: P no varía con x o y 29 Ley de Pascal: P no varía con x o y 30 Manómetro 31 Ejemplo Medición de la presión con un manómetro Un manómetro se usa para medir la presión en un recipiente. El fluido que se emplea tiene una densidad relativa de 0,85 y la altura de la columna del manómetro es de 55 cm, como se ilustra en la figura. Si la presión atmosférica local es de 96 kPa, determine la presión absoluta dentro del recipiente. 32 33 Manómetro 34 Manómetro Si el fluido es un gas: 35 Ejemplo Medición de la presión con un manómetro de varios fluidos El agua en un recipiente se presuriza con aire y la presión se mide por medio de un manómetro de varios fluidos, como se muestra en la figura. El recipiente se localiza en una montaña a una altitud de 1 400 m donde la presión atmosférica es 85,6 kPa. Determine la presión del aire en el recipiente si h1=0,1 m, h2 = 0,2 m y h3 = 0,35 m. Tome las densidades del agua, aceite y mercurio iguales a 1 000 kg/m3, 850 kg/m3 y 13 600 kg/m3, respectivamente. 36 37 Otros manómetros 38 Próximo tema… La Energía 39
