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APLICACIONES DE LAPRIMERA LEY DE LA

TERMODINAMICA


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Transformacin adiabtica


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Definicin

adiabtico, ca.(De a-2 y diabtico). adj.Fs.Se dice del recinto entre cuyo interiory exterior no es posible el intercambiotrmico. ||2.Fs.Se dice de latransformacin termodinmica que unsistema experimenta sin que haya

intercambio de calor con otros sistemas.


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AISLANTE TRMICO

GAS

Cuando un gas se expande adiabticamente, efecta trabajo pero noabsorbe ni libera calor

Aplicando la primera ley de la termodinmica, U = Q T, a unatransformacin adiabtica, como Q=0, vemos que

U = -T

AISLANTE TRMICOAISLANTE TRMICO


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Cuando un gas encerrado en un cilindro, cuyasparedes estn hechas de un material aislantetrmico. Debido a esto, si el gas se expande (ose comprime), no podra ceder ni recibir de suvecindad.

Una transformacin como esta, en la cual el sistema no intercambia calor consu vecindad, es decir en la cual Q=0, se denomina transformacin adiabtica.


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Transformacin Isotrmica


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Definicin

isotrmico, ca.adj. Se dice del procesoen que la temperatura permanececonstante. ||2.Que mantiene la

temperatura. Bolsa isotrmica.Prendaisotrmica.


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Es cuando un gas absorbe cierta cantidad de calorQ y se expande realizando un trabajo T.

Si el trabajo que el gas realiza fuera igual al calor

que absorbe, es decir, si Q = T, tendramos, porla primera ley de la termodinmica.

U = Q T donde U = 0

El hecho de que la energa interna permanezca constante indica que latemperatura tampoco sufri alteraciones, y por tanto, que el gas seexpandi isotrmicamente.


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Calormetro

El calormetroes un instrumento quesirve para medir las cantidades de calorsuministradas o recibidas por los cuerpos.

Es decir, sirve para determinar el calorespecfico de un cuerpo, as como paramedir las cantidades de calor que liberano absorben los cuerpos.
http://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor


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Un termo de paredesdobles con vaco entreellas es en principio uncalormetro aceptable

para el rigor de nuestrasexperiencias. El termo sellama vaso Dewar y llevael nombre del fsico y

qumico escocs JamesDewarpionero en elestudio de las bajastemperaturas.
http://buscabiografias.com/cgi-bin/verbio.cgi?id=4774http://buscabiografias.com/cgi-bin/verbio.cgi?id=4774http://buscabiografias.com/cgi-bin/verbio.cgi?id=4774http://buscabiografias.com/cgi-bin/verbio.cgi?id=4774


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Mquinas Termodinmica


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Qu es una mquina trmica?

La primera mquina trmica

Inventor Hern siglo I D.C

No pudo ser empleadacon fines prcticos para laproduccin de grandescantidades de energa

mecnica.


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Las primeras mquinas trmicas de vaporinventadas en el siglo XVIII, eran muyrudimentarias y tenan un rendimiento muy

bajo; es decir, consuman una grancantidad de combustible para producir untrabajo relativamente pequeo.


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Mquinas trmicas

1769: J. Watt inventa la mquina de vapor.

1816: R. Stirling inventa el motor de aire caliente.

1839: J. Ericsson desarrolla varios modelos de motores de

aire caliente

1876: N. Otto desarrolla el motor de combustin interna (agasolina)

1883: C. Laval desarrolla las turbinas de vapor

1892: R. Diesel inventa el motor a compresin (Diesel)

1930: F. Whittle inventa la turbina a gas para aviones

1944: En Alemania se desarrollan los motores para cohetes

(von Braun)


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Motor a vapor

Watt 1769


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Ciclo de Rankine 1-2: Compresin adiabtica hasta

la presin de la caldera (la Tcambia muy poco)

2-3: calentamiento isobrico delagua hasta el punto de ebullicin

3-4: Vaporizacin isobrica e

isotrmica del agua hastaconvertirse en vapor saturado 4-5: calentamiento isobrico del

vapor convirtindolo en vapor atemperatura Th

5-6: Expansin adiabtica delvapor hasta vapor fro

6-1: condensacin isobrica eisotrmica del vapor,convirtindolo en agua


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En una planta de potencia devapor operando en un CicloRankine con recalentamiento,el vapor ingresa a la turbinaHP a 15 MPa y 620oC y se

condensa en el condensador aa una presin de 15 kPa. Si lahumedad (ttulo o calidad)contenida en la turbina noexcede el 10%, determine (a)la presin de recalentamiento

(b) la eficiencia trmica delciclo.


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Motor de aire caliente (Stirling)

Stirling 1816El Motor Stirlingfue inventadoen 1816por Robert Stirling,reverendo escocs. El objetivoera tener un motormenos

peligroso que la mquina devapor.El principio de funcionamientoes el trabajohecho por laexpansin y contraccin de ungas(normalmente helioohidrgeno) al ser obligado a

seguir un ciclo de enfriamientoen un foco fro, con lo cual secontrae, y de calentamiento enun foco caliente, con lo cual seexpande. Es decir, es necesariala presencia de una diferenciade temperaturas entre dos focosy se trata de un motor trmico.
http://es.wikipedia.org/wiki/1816http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Robert_Stirling&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Escociahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Trabajohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Heliohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_t%C3%A9rmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_t%C3%A9rmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Heliohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Trabajohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Escociahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Robert_Stirling&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/1816


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1-2: pistn izquierdo permanecearriba y el derecho sube hasta lamitad de su recorridocomprimiendo gas fro que cedeQ. Compresin isotrmica

2-3: pistn izq. baja y derechosube. No hay cambio de volumen.Gas pasa de lado fri a caliente,quedando a Th gracias al calor Qrsuministrado por el regenerador

3-4: pistn derecha permanecefijo y el izq. sigue descendiendo,con el gas en

contacto con calor,expandindose y absorbiendocalor.

4-1: Ambos pistones se mueven

en sentidos opuestos, forzandoahora al gas a pasar del ladocaliente al fro, cediendo elmismo calor Qr al regenerador.Esto es a V cte.


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Motor de combustin interna


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EL MOTOR DE COMBUSTININTERNA

Es una reproduccin del motor de combustin interna que funcionabacon gas inventado por el alemn NIKOLAUS OTTO(1832- 1891) en1876, el cual destac por ser mucho ms silencioso que otros motoresinventados anteriormente. Es el precursor de los motores que usan los

automviles en la actualidad.


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Ciclo de Otto

a) Carrera de admisin (5-1)b) Carrera de compresin (1-2)c) Ignicin (2-3)d) Carrera de expansin (3-4)e) Apertura de la vlvula de escape

(4-1)f) Carrera de escape (1-5)


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Turbina a vapor


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Motor Diesel


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Ciclo Diesel


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Turbina a Gas


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Motor de cohete


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Calefaccin


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Conclusin


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Mquinas Trmicas

Una mquina trmica es un dispositivo queconvierte energa trmica en otras formastiles de energa, como la energa

elctrica y mecnica.Hace que una sustancia de trabajo recorra

un proceso cclico durante el cul: Se absorbe calor de una fuente a alta temperatura. La mquina realiza un trabajo

Libera calor a una fuente a temperatura ms baja.


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Ejemplos

T l t i


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Termoelctrica


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El motor de combustin interna


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Una mquina trmica transporta algunasustancia de trabajo a travs de unproceso cclico, definido como aquel en el

que la sustancia regresa a su estadoinicial.


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Si una sustancia de trabajo es un gas, eltrabajo neto realizado en u n procesocclico es el rea encerrada se debe

presentar con un grfico PV

La eficiencia trmica, de una mquina

trmica se define como la razn deltrabajo neto realizado al calor absorbido.


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En otras palabras

Una mquina trmica con una eficienciaperfecta deber convertir toda energacalorfica absorbida en trabajo mecnico.

La segunda ley de la termodinmicaestablece que esto no es posible.


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Segunda Ley de la

TermodinmicaLos procesos termodinmicos sepueden clasificar en reversiblese

irreversibles.


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Proceso reversible

Es aquel en el que un sistema puede cambiarde un estado inicial a otro final a travs denumerosas etapas de modo que la transferenciade W y Q hacia y desde el sistema se tal que en

cualquiera de las etapas sucesivas sea tal queel sistema pueda retornar hacia su etapaoriginal. Se dice que estas etapas sucesivasestn en equilibriopermanente. Estos cambios

son idealesporque en requieren de tiempoinfinito, sin embargo en la naturaleza losprocesos realesocurren a tiempos finitos.


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Proceso irreversible

Ocurren espontneamenteen una direccindeterminada con cambios drsticos del sistemay su entorno lo que hace imposible la

reversibilidad. Es importante observar, que los cambios deenerga en un cambio de estado irreversible oreversible es siempre el mismo debido a que la

energa es una funcin de estadoy solodepende del estado final e inicial sin importarcomo se realiz el proceso.


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Tanto el trabajo W como el calor Q en ambos procesos esdistinto, sin embargo la diferencia entre ellos (E) es siempre la

misma.


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Ejercicios

1. a).- Explique qu se entiende por una mquina trmica.b).- Trate de describir cul es la fuente caliente y cul es la fuentefra de la mquina de Hern.

2.- Observando el esquema de la mquina de Watt, conteste:

a).- Cuando el pistn est subiendo, la vlvula A est abierta ocerrada? y la vlvula B?. Explique.

b).- Explique por qu despus de alcanzar la parte ms alta delcilindro el pistn desciende para regresar a la posicin inicial.

c).- Durante el descenso del pistn cul de las vlvulas estabierta y cul est cerrada?

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