Termodinámica

Consideraciones generales

El término "termodinámica" proviene de dos palabras de raíz: "termo", que significa calor y "dinámicos", que significa la energía en movimiento, o de poder. Esto también explica por qué las leyes de la termodinámica son a veces vistos como leyes de "Energía de calentamiento."

Puesto que el calor es energía térmica, simplemente, en este capítulo, vamos a revisar conceptos básicos de energía y sentar las bases para la discusión a fondo sobre la energía de calor y establecer el tono para el debate sobre los temas más complejos en la termodinámica.

La capacidad de un objeto, una entidad o un sistema para realizar un trabajo se llama energía. La energía es una magnitud física escalar. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la energía se mide en Newton-metros (Nm) o Joules, mientras que en el sistema de unidades de U.S., la energía se mide en pies-lbf, Btus, o calorías. En el campo de la electricidad, la energía se mide en watts-hora (Wh), kilowatts-hora (kWh), gigawatts-hora (GWh), terawatts-hora (TWh), etc unidades para la energía, tales como pies-lbs y Nm, seleccione la equivalencia de la energía con un torque (momento) y el trabajo. La energía existe en muchas formas. Algunas de las formas más comunes de energía y unidades asociadas, son los siguientes:

• 1) Kinetic Energy, medido en pies-lbf, BTUs, Joules, Nm (1 Nm = 1 Joule), etc. Cuando, Btu es sinónimo de unidades térmicas británicas 2) Potencial Energy, medido en pies-lbf, BTUs, Joules, Nm, etc

3) Energy térmica, o calor (Q); comúnmente medido en calorías, BTUs, Joules, etc.

4) Energy Interna (U); comúnmente medido en Kcal, calorías o Joules.

5) Energía eléctrica, medido en watts-hora (Wh), kilowatt-hora (kWh) y los cavalos de fuerza-hora (HP-horas), etc.

6) Energía gravitacional, medido en pies-lbf, Joules, Nm, etc.

7) La energía de sonido, medida en Joules.

8) Energía de Luz; se mide en Joules.

9) La energía elástica, medido en pies-lbf, BTU, Joules, Nm, etc.

10) Energía electromagnética, medida en Joules.

11) Energy Presión, medida en pies-lbf, BTU, Joules, Nm, etc.

• Temperatura

La temperatura puede ser definida como una medida de la energía cinética media de las partículas en una sustancia, donde dicha energía es directamente proporcional al grado de calor o frío de la sustancia.

Mientras que la temperatura es uno de los principales parámetros de la termodinámica, debe quedar claro que la temperatura no es una medida directa de calor, Q. Temperatura es, sin embargo, es un parámetro que es instrumental en la determinación de la dirección del flujo de calor, Q. En que, el calor viaja de cuerpos a temperatura más alta a los cuerpos a temperatura más baja. Este papel de la temperatura concuerda con las leyes de la termodinámica.

Desde la perspectiva de la física, la temperatura es un indicador del nivel de la energía cinética poseída por átomos y moléculas en las sustancias. En los sólidos, a mayor temperatura, los átomos oscilan o vibran a una frecuencia más alta. En los gases atómicos, los átomos, a temperaturas más altas, tienden a exhibir un movimiento más rápido de traslación. En los gases moleculares, las moléculas, a temperaturas más altas, tienden a mostrar mayores tasas de movimiento vibracional y rotacional.

A pesar de que, para un sistema en equilibrio térmico a un volumen constante, la temperatura es termodinámicamente definida en términos de su energía (E) y la entropía (S), como se muestra en la ecuación 4, a diferencia de la presión, temperatura no es comúnmente reconocida como una entidad derivada y, por lo tanto, las unidades de temperatura que no se derivan de las unidades de otras entidades independientes (Anderson, G.M. 2005; Alves, L. M. 2007; Rauf, S. B. 2012).

Ecuación 1.

El símbolo universal de la temperatura es: T. La unidad de la temperatura, en el SI, o métrica, es °C o grados Celsius. En el sistema de la escala de temperatura Celsius, 0°C representa el punto de congelación del agua. La unidad para la temperatura, en los U.S. o imperial, °F o grados Fahrenheit. En el sistema de la escala de temperatura Fahrenheit, 32 °F o grados Fahrenheit representa el punto de congelación del agua.

1.2. Temperatura absoluta

A diferencia del sistema de la escala de temperatura Celsius, donde 0°C representa el punto de congelación del agua, la escala de temperatura absoluta define independiente de la temperatura de las propiedades de cualquier sustancia específica. De acuerdo con las leyes de la termodinámica, el cero absoluto no se puede alcanzar, porque esto requeriría un sistema termodinámico que ser eliminado por completo del resto del universo. El cero absoluto es la temperatura teórica en la cual la entropía alcanzará su valor mínimo. El cero absoluto se define como 0°K en la escala de Kelvin y como -273,15 °C en la escala Celsius. Esto equivale a -459,67 °F en la escala Fahrenheit.

Se postula que un sistema en el cero absoluto poseería quantum finito, mecánica, energía de punto cero. En otras palabras, mientras que el movimiento molecular no cesar por completo en el cero absoluto, el sistema carecería de suficiente energía para iniciar o mantener la transferencia de la energía a otros sistemas. Sería, por lo tanto, ser más exacto decir que la energía cinética molecular es mínimo en el cero absoluto.

De acuerdo a la segunda ley de la termodinámica (que se examinan más adelante en este texto), a temperaturas cercanas al cero absoluto, el cambio en la entropía tiende a cero. Esto concuerda con la estipulación de que las temperaturas de los sistemas u órganos se acercan al cero absoluto, la transferencia de energía térmica disminuye. La ecuación 7 es enunciado matemático de la Segunda Ley de la Termodinámica.

Ecuación 2.

Los científicos, en condiciones de laboratorio, han alcanzado temperaturas cercanas al cero absoluto. Medida que la temperatura se acerca al cero absoluto, la materia presenta efectos cuánticos tales como la superconductividad y la superfluidez. Una sustancia en un estado de superconductividad tiene resistencia eléctrica cercanos a cero. En el estado de superfluidez, la viscosidad de un fluido se aproxima a cero. En el sistema métrico o SI, la temperatura absoluta se mide en ºK. El sistema de la temperatura absoluta se debe utilizar para todos los cálculos termodinámicos, menos que sea requerido de otro modo (Rauf, S. B. 2012).

1.3. Ley de Conservación de la Energía

La ley de conservación de la energía establece que la energía puede transformarse de una forma a otra, pero no puede ser creada ni destruida. Esto se puede expresar matemáticamente como:

1.3.1. Formas de energía en mecánica y sistemas termodinámicas

1.3.1.1. Energía potencial

La energía potencial se define como la energía poseída por un objeto en virtud de su altura o elevación. La energía potencial puede ser definido, matemáticamente, de la siguiente manera:

1.3.1.2. Energía cinética

La energía cinética se define como la energía poseída por un objeto en virtud de su movimiento. La energía cinética se puede definir, matemáticamente, de la siguiente manera:

1.3.1.3. Energía de Presión

La energía almacenada en un sistema en forma de presión se conoce como energía de presión. Por ejemplo, la energía almacenada en un tanque de aire comprimido es energía de presión. Energía de presión se puede expresar matemáticamente de la siguiente manera:

1.3.1.4. El calor y la energía interna de un sistema

Si se agrega o quita de un sistema, el calor "Q" en ausencia de red realizado por o en el sistema, el cambio en la energía interna "U" de un sistema sería:

Cuando Q es positivo cuando el calor fluye en un sistema termodinámico y es negativo cuando el calor sale de un sistema.

Energía interna específica "u" se define como la energía interna por unidad de masa. Las unidades de energía interna son Btu/lbm, en el sistema de U.S. y son kJ/kg, en el sistema métrico o sistema SI.

Unidades de Conversión asociados con la energía de calor:

Algunas de las unidades de energía de calor comunes y fórmulas de conversión de unidades se enumeran a continuación:

• La conversión de la energía térmica se mide en BTU a toneladas y toneladas a Btu :

– 1 x Btu (8.333x 10,5 toneladas / Btu) = 0.00008333 toneladas

– 1 tonelada x (12.000 Btu / ton) = 12,000 Btu

• La conversión de la energía térmica se mide en BTU a kWh y kWh a Btu:

– 1 Btu x (2,928 x 10 -4 kWh/Btu) = 0.0002928 kWh

– 1 kWh x (3.413 Btu/kWh) = 3413 BTU

1.4. Trabajo realizado en un sistema termodinámico

En el dominio de la termodinámica, el trabajo constituye el fenómeno de cambiar el nivel de energía de un objeto o un sistema. El término "sistema", en la termodinámica, a menudo se utiliza para representar el medio. Por ejemplo, en el caso de una abierta termodinámico como vapor accionado por turbina de vapor se considera como un sistema de la realización de trabajos en los alrededores, es decir, la turbina de tal sistema.

En un sistema termodinámico, el trabajo es positivo cuando un objeto o sistema realiza trabajo sobre el entorno. Ejemplo: Si se consideran los álabes de un compresor de aire para constituir el sistema, entonces el trabajo realizado en el aire, por las paletas en un compresor de aire, sería positivo. El trabajo es negativo cuando los alrededores realizan trabajo sobre el objeto. Inflar de una balsa o un tubo interior constituye un trabajo negativo ya que el aire (medio ambiente y entorno) realiza el trabajo en las paredes de la balsa o tubo (el sistema) durante el proceso de inflación (Rauf, S. B. 2012)).

1.5. Calor específico

• Potencia

El concepto de poder se introdujo brevemente en el capítulo anterior. Introdujimos el hecho de que el poder es la tasa de rendimiento del trabajo, o P = Trabajo/Tiempo transcurrido y que una de las formas de energía se puede calcular es a través de la relación matemática Potencia = Fuerza x Velocidad. La contrapartida de la última fórmula de poder, en el ámbito del movimiento de rotación, sería Potencia = Torque x velocidad de rotación.

Unidades de Potencia

U.S./Sistema de unidad Imperial: hp, ft-lbf/sec, ft-lbf/min, Btu/seg

SI o métrico: Watts, kW, MW, GW, TW (10 12 W)

Factores de conversión de energía común en el sistema SI

1 J/s = 1 N-m/s = 1 W

1 kJ / s = 1 kW

1000 kW = 1 MW

1.055 kJ/s = 1 Btu/s

1CV = 746 Watts = 0.746 kW = 550 ft-lbf/sec

Puesto que las unidades de potencia y energía se confunden a menudo, también vamos a examinar las unidades comunes de energía para que las similitudes y diferencias entre las unidades de potencia y energía pueden ser observados y anotados.

Unidades de Energía

U.S./Sistema de unidad Imperial: ft-lbf, Btu

SI o Sistema de unidad métrico

Nm, Joules o J, Wh, kWh, MWh, GWh, TWh (10 12 Wh)

Factores de conversión energética común

1 J = 1 N-m

1 W x 1 h = 1 Wh

1 kW x 1h = 1 kWh

1000 kW x 1h = 1 MWh

1 Btu = 1,055 J = 1.055 kJ

1 Btu = 778 ft-lbf

1 hp x 1 hora = 1 hp-hora

2.1. Eficiencia

La eficiencia se define, generalmente, como la relación de la salida a la entrada. La salida y la entrada pueden estar en forma de poder, la energía o el trabajo. Eficiencia asume una definición más específica cuando se considera en el contexto de una forma específica de energía, el trabajo o la potencia. El concepto de eficiencia, cuando se aplica en el dominio de la termodinámica, puede implicar el poder, la energía o el trabajo.

En la termodinámica, cuando la energía es el objeto de análisis, la eficacia se define como sigue:

Como obvio a partir de las definiciones de la eficiencia por encima, ya que la energía no puede ser creada, la eficiencia es siempre menor que 1, o menos de 100%. El resultado decimal de eficiencia a menudo se convierte en, y declaró que, un valor porcentual.

En la siguiente sección, vamos a explorar la relación entre el poder y la eficiencia de vapor, sistemas mecánicos y eléctricos, y desarrollar una mejor comprensión de la fuerza de tracción en los sistemas de generación de energía eléctrica de tipo vapor.

2.2. Potencia-vapor, Mecánica y Eléctrica

La potencia suministrada por el vapor a los álabes de la turbina de vapor P, en un escenario simplificado, sin pérdida de calor, sin pérdida de carga cinética, sin pérdida de energía potencial y escenario de la pérdida de energía de fricción cero puede ser representada por la relación matemática se indica en forma de la ecuación 13. En el contexto de flujo de energía de vapor a la electricidad, la relación funcional entre la energía eléctrica,

3. Estudio de la entalpía y entropía

3.1. Entalpía

La entalpía se define como el contenido total de calor o energía útil total de una sustancia. El símbolo de entalpía es "h". Entalpía también se considera que es la suma de la energía interna "u" y el flujo de energía (o trabajo de flujo) p.V Esta definición de entalpía se puede expresar matemáticamente de la siguiente manera:

Con el fin de mantener la coherencia de unidades termodinámicas en situaciones prácticas, donde el cálculo se realiza en unidades de U.S., una forma más adecuada de la ecuación de entalpía de la ecuación 14, sería de la siguiente manera:

Tenga en cuenta que en el sistema de unidades SI, una versión alternativa de la ecuación entalpía Ecuación 34 no es necesario porque las unidades de la ecuación 33 son congruentes.

Entalpía también se pueden cuantificar en forma molar. En forma molar, entalpía se conoce como entalpía molar y representado por el símbolo "H". Las unidades para molar entalpía H son Btu / lbmole, en el sistema de los U.S, y son kJ / kmol, en el sistema métrico o sistema SI. Cuando un mol de una sustancia se define o se calcula mediante la división de la masa de dicha sustancia por el peso atómico de la sustancia, si es un sólido, o por el peso molecular, si es un líquido o gas. La ecuación matemática para la entalpía molar de "H", es la siguiente:

H = U + p.V Ecuación 16

Cuando, U = Molar interior de la energía, puede ser expresado en Btu/lbmol (U.S. Unidades) o kJ / kmol (unidades SI)

p = presión absoluta se mide en Pa (Unidades SI), libras por pie cuadrado (Unidades de U.S.) o lbf/ft2

V = volumen molar específico medido en m3/kmol (Unidades SI), o ft3/lbmole (Unidades de U.S).

3.2. Entropía

La entropía se define como la forma no productores de trabajo de la energía. También es considerado como la energía que no está disponible para realizar trabajo útil en un determinado entorno. El símbolo de la entropía es "s". Algunos hechos, principios y leyes asociadas a la entropía se resumen a continuación:

• Aumento de la entropía se refiere a la producción como la entropía. La entropía absoluta total de un sistema se dice que es igual a la suma de todas las entropías absolutas que se han producido durante la vida del sistema.

• De acuerdo con la tercera ley de la termodinámica, la entropía absoluta de un sólido cristalino perfecto, en equilibrio termodinámico, se aproxima a cero a medida que la temperatura se aproxima al cero absoluto.

S = 0

4. Fases del Agua y asociado con la Termodinámica

Propiedades termodinámicas y de fases de una sustancia se definen y se determinan por dos propiedades importantes, a saber, temperatura y presión. Tres fases más comunes de una sustancia son los siguientes: 1) Sólido; 2) Líquido; 3) gaseoso. Estas tres fases, subcategorías dentro de estas fases, y otros términos termodinámicos pertinentes.

4.1. Calor Sensible, Calor latente

El calor sensible es el calor requerido, o absorbido, en el aumento de la temperatura de una sustancia, sin un cambio de fase. Ejemplo: El calor necesario para elevar la temperatura del agua de 60 °F a 80 °F, a nivel del mar, o una presión de 1 atm.

El calor latente es el calor que se requiere o se absorbe en el cambio de la fase de una sustancia. Calor latente de fusión, sublimación y vaporización del agua se enumeran en unidades SI/métricos y / unidades imperiales estadounidenses.

4.2. Temperature y Presión de Saturación

Temperatura de saturación, a una presión dada, es la temperatura por debajo de la cual un gas o vapor se condense a fase líquida. Por ejemplo, la temperatura de saturación a presión atmosférica estándar de 101 kPa (0.1014MPa) es 100 °C. Ahora, si la presión se reduce a 12.4 kPa (0,0124 MPa), la temperatura de saturación caería a 50 °C.

Presión de saturación, a una temperatura dada, es la presión por encima del cual un gas o vapor se condense a fase líquida. Por ejemplo, la presión de saturación a una temperatura de 100 °C es 101 kPa (0.1014MPa).

Ahora, si la presión se aumenta a (1,5547 MPa), la temperatura de saturación se eleva a 200 °C. En otras palabras, si la presión se incrementa a 1.554,7 kPa, punto de ebullición del agua se duplicará, de 100 °C a 200 °C. Esto también significa que si las condiciones iniciales de temperatura y presión son 100 °C es 101 kPa, y la presión se aumenta en casi 15 veces, hasta 1,5547 kPa, el agua ya no sería en la fase de agua saturado; que en su lugar volver a caer en el líquido subenfriado.

4.3. Líquido subenfriado y saturado

Cuando la temperatura del líquido que es menor que su punto de ebullición, a una presión dada, se hace referencia a estar en un estado subenfriado. Ejemplo: El agua a temperatura ambiente (77 °F, 25 °C), a nivel del mar (1 ATM o 1 bar), se considera que está subenfriado, en que, la adición de una pequeña cantidad de calor no hará que el agua a hervir.

Cuando la temperatura de un líquido es casi en su punto de ebullición, tales que la adición de una pequeña cantidad de energía de calor haría que el líquido a ebullición, que se dice que está saturado. En otras palabras, se satura con calor y no puede aceptar calor adicional sin evaporación en fase de vapor.

4.4. Vapor saturado y Fase líquido-vapor

De vapor que se ha enfriado en la medida en que es casi en el punto de ebullición, o el punto de saturación, y en el borde de la condensación, se llama un vapor saturado.

Una sustancia se dice que está en una fase líquido-vapor cuando su temperatura es igual o ligeramente mayor que el valor de la temperatura saturado correspondiente a su presión. Cuando el agua está en la fase de líquido-vapor, en la mayoría de los casos, una porción del volumen total de agua se ha evaporado; la parte restante está en estado de agua saturada.

4.5. Punto crítico y Punto Triple

Si la temperatura y la presión del líquido que se incrementan, con el tiempo, se llega a un estado en el que las fases de líquido y vapor coexisten y son indistinguibles.

Punto triple de una sustancia es un estado en el que las fases sólida, líquida y gaseosa coexisten.

5. Leyes de la Termodinámica

Este capítulo analiza las principales categorías de los sistemas termodinámicos basados ??en su interacción con el entorno o medio ambiente. Las tres categorías principales de los sistemas termodinámicos son introducidos y las diferencias fundamentales que existen entre ellas se explican. La diferenciación entre los tres tipos de sistemas termodinámicos se refuerza a través de tablas de referencias cruzadas de propiedades características. Dado que los sistemas termodinámicos abiertos son algo más común que otros tipos de sistemas termodinámicos (Rauf, S. B. 2012).

5.1. Categorías principales de sistemas termodinámicas

Sistemas termodinámicos se pueden clasificar en miles de formas. Sin embargo, en este capítulo nos centraremos en la categorización de los sistemas termodinámicos basados ??en su interacción con el entorno o medio ambiente. Desde el sistema y el entorno termodinámico perspectiva interfaz, sistemas termodinámicos se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Sistemas termodinámicos Abiertos

2. Sistemas termodinámicos Cerrado

3. Sistemas termodinámicos aislados

La disciplina de ingeniería y el estudio de la ciencia, en general, utilizan los principios y leyes para el desarrollo o la derivación de ecuaciones. Estas ecuaciones son la representación matemática de los principios y leyes de ingeniería o científicos. Por supuesto, el propósito clave para derivar o el desarrollo de las ecuaciones es ser capaz de definir o determinar el valor de entidades desconocidas o variables desconocidas.

En nuestro esfuerzo continuado ampliando nuestra lista de herramientas para el análisis de sistema termodinámico, en este momento, vamos a explorar la primera ley de la termodinámica.

5.2. Primera Ley de la Termodinámica:

La primera ley de la termodinámica es una declaración de la ley de conservación de la energía en el ámbito de la termodinámica. En otras palabras, la energía neta de entrar en un sistema termodinámico es igual a la variación neta de la energía interna del sistema más el trabajo realizado por el sistema (Alves, L. M. 2007; Rauf, S. B. 2012).

Toda la energía y el trabajo se contabilizan a todos los puntos del sistema termodinámico. Por supuesto, el estado de la energía en un momento dado se compara con otro punto del sistema a medida que se aplican las leyes de la termodinámica para derivar ecuaciones para el sistema o el análisis de procesos. A medida que nos transformamos la primera ley de la conservación de la energía en una ecuación con la aplicación práctica y el significado, es importante reiterar que la energía, el calor y el trabajo son matemáticamente equivalentes. Energía, calor y trabajo pueden, por lo tanto, pueden sumar o restar de forma lineal en una ecuación.

Declaración de Matemática de la primera ley de la termodinámica en un sistema cerrado termodinámica es la siguiente:

El constante flujo de energía de ecuaciones, o la SFEE (Steady Flow Energy Equation), lo que representa la aplicación de la primera ley de la termodinámica en un sistema abierto termodinámico se pueden escribir en el específico, o por unidad de masa, la forma como:

Este constante flujo de energía La ecuación se afirma en el SI o sistema métrica.

Cuando,

Esta versión del SI de la SFEE puede ser escrito, en una forma más útil, para un cálculo de potencia en sistema de turbina tipo abierto como:

Cuando,

5.3. Segunda Ley de la Termodinámica

La Segunda Ley de la Termodinámica se puede afirmar de múltiples maneras. La Segunda Ley de la Termodinámica es también conocida como la ley de la entropía creciente. Mientras que la cantidad de energía total se mantiene constante en el universo según lo estipulado por la Primera Ley de la Termodinámica, la segunda ley de la termodinámica establece que la cantidad de útiles, la producción de trabajo, la energía en el universo sigue disminuyendo; irremediablemente perdida en forma de energía utilizable (Alves, L. M. 2007; Rauf, S. B. 2012)..

Dado que la entropía se define como la energía inutilizable, la Segunda Ley de la Termodinámica se puede interpretar a afirmar que en un sistema cerrado, como el universo, la entropía sigue aumentando. En otras palabras, la segunda ley de la termodinámica establece que la entropía neta siempre debe aumentar en procesos cíclicos prácticos, irreversibles.

La segunda ley de la termodinámica también puede ser declarado matemáticamente en forma de la ecuación 31.

Ecuación 31.

Ecuación 50 estipula que el aumento de entropía de un sistema termodinámico debe ser mayor que o igual a la integral de la incrementales de calor absorbido, dividida por la temperatura durante cada absorción de calor incrementales. Declaración Kevin-Planck de la segunda ley de la termodinámica, efectivamente, implica que es imposible construir un motor cíclico que tiene una eficiencia del 100%.

6. Los procesos termodinámicos

Los procesos termodinámicos son procesos que implican calor, energía interna, entalpía, la entropía, el trabajo, la presión, la temperatura y el volumen. En esta sección, vamos a explorar los siguientes procesos termodinámicos e ilustrar estos procesos con ejemplos prácticos:

1. Proceso adiabático

2. Proceso isoentálpica

3. Proceso isócoro

4. Proceso isotérmico

5. Proceso isobárico

6. Proceso isentrópico

1. Proceso adiabático es un proceso termodinámico en el que no hay calor, ya sea entre o salga de los límites del sistema termodinámico. Un proceso adiabático también puede explicarse a través de las siguientes frases o ecuaciones matemáticas:

Ecuaciones 32 y 33 en esencia establecen que en un proceso adiabático, en el que el calor no se gana o se pierde, todo trabajo realizado en el sistema o por el sistema se transforma en un cambio neto en la energía interna del sistema. Como se ha dicho específicamente arriba, Eq. 32 representa un escenario en el que está implicado un trabajo negativo.

Ecuación 32 se puede replantear como:

Es importante señalar que si bien esta reformulación de la ecuación 52 mantiene la ecuación matemáticamente equivalente a la versión original, los cambios de significado físico. Ecuación 32a representa un escenario en el que el trabajo es positiva y se realiza por el sistema en el medio ambiente o entorno. Dado que este es un proceso adiabático, no hay transferencia o intercambio de calor. Por lo tanto, en este caso, el trabajo se realiza por el sistema, en los alrededores, a expensas de la energía interna del sistema. El negativo significa una reducción en la energía interna del sistema. El trabajo realizado en los procesos adiabáticos, tales como la realizada por el compresor en el refrigerante, se representa por la ecuación 33.

En un proceso adiabático reversible, tales como la carrera de compresión en un motor de gasolina de combustión interna, el producto de la presión y el volumen se representa como se muestra en la ecuación. 34

Proceso de estrangulación en un sistema de refrigeración es un ejemplo de un proceso adiabático que se produce en la válvula de expansión; donde se permite un sistema de líquidos de alta presión (refrigerante) para expandir a un líquido bajo presión, sin absorción o liberación de energía de calor.

El trabajo realizado en el refrigerante es un trabajo negativo, o "- W." Ya no hay calor es liberada por el sistema, este trabajo negativo, de acuerdo con la ecuación 52 y la ley de conservación de la energía, se transforma en energía interna del refrigerante. La compresión de vapor, por lo tanto, es un proceso adiabático. Como se discute más adelante en este texto, el segmento de compresión del ciclo de refrigeración no es sólo adiabática sino también un proceso isentrópico.

1) El proceso termodinámico es adiabático significativo, no se intercambia calor con el medio ambiente.

2) El trabajo se lleva a cabo ni por el sistema en el entorno ni se lleva a cabo por el entorno en el sistema.

3) No hay ningún cambio en la energía cinética del sistema o fluido.

Proceso de estrangulación en un sistema de refrigeración es un ejemplo de un proceso de isoentálpica. Estrangulación de un líquido refrigerante a alta presión a una fase líquida de baja presión es un proceso adiabático; es decir, no se intercambia calor con el medio ambiente. Por otra parte, no se realiza trabajo en o por los alrededores, y no hay ningún cambio en la energía cinética del fluido.

Otros ejemplos de procesos isentálpica prácticas incluyen el levantamiento de una válvula de alivio o válvula de seguridad en un recipiente a presión. La entalpía específica del fluido en el interior del recipiente de presión es la misma que la específica entalpía del mismo fluido inmediatamente después de que se escapa del recipiente. En tal escenario, la temperatura y la velocidad de escape de fluido pueden calcularse si se conoce la entalpía.

Un proceso isoentálpica sigue la línea isoterma a una temperatura específica, y a lo largo de la isoterma de la siguiente relación entre entalpía, la temperatura y el calor específico es válido:

dh = cp dT = 0

Los ejemplos adicionales de proceso isoentálpica se referencian más adelante en este capítulo, bajo el ciclo del motor discusión calor.

Un proceso isobárico es un proceso termodinámico en el que la presión se mantiene constante, donde la curva representa una isobara. A pesar de que la temperatura varía como una función de la entropía en este gráfico, la presión se mantiene constante.

Etapa de evaporación de un ciclo de refrigeración representa un proceso isobárico en que la presión permanece constante a medida que el sistema líquido de baja presión se evapora o se cambia de fase de líquido a gaseoso mediante la absorción de la energía de calor del aire que pasa a través del intercambiador de calor. En un proceso isobárico:

Un proceso isotérmico es un proceso termodinámico en el que la temperatura se mantiene constante. En los procesos isotérmicos, no hay ningún cambio en la energía interna debido a la energía interna está directamente relacionada con la temperatura. Esto es validado por la ecuación 35. Por otra parte, según lo estipulado por la ecuación. 36, no hay ningún cambio en entalpía. Algunas de las ecuaciones con aplicaciones prácticas en los procesos isotérmicos sistema cerrado se enumeran a continuación:

Cuando,

El etapa de evaporación de agua latente en el proceso de generación de vapor es un proceso isotérmico porque la temperatura del agua y de vapor saturado se mantiene constante hasta que se llegó a la conclusión de todo evaporación. El trabajo de "W", realizado en un sistema isotérmico, Cuando el trabajo

Un proceso de volumen constante también se conoce como un proceso isométrica o un proceso de iso-volumétrica. En un proceso termodinámico volumen constante, el volumen de un sistema cerrado permanece constante mientras que otros parámetros, es decir, presión, energía interna y la temperatura varían. Energía de presión, el trabajo, el volumen y la presión están relacionados por la ecuación siguiente:

En otras palabras, en un proceso isométrica o isócoro, el calor añadido al sistema se transforma en el nivel más alto de la energía interna del sistema de "U" Proceso isentrópico, en un sistema termodinámico, es un proceso en el que la entropía del sistema se mantiene constante. Cualquier proceso adiabático reversible es un proceso isentrópico.

6.1. Proceso de estrangulación y Punto de inversión:

Proceso de estrangulación en un sistema termodinámico es un proceso adiabático que consiste en una caída de presión significativa pero ningún cambio en la entalpía del sistema. Además, en un proceso de estrangulación, no se intercambia calor con el entorno y no hay trabajo se realiza en o por el sistema. Dado que la entalpía en un proceso de estrangulación permanece constante, un proceso de estrangulación es también un proceso (entalpía constante) isoentálpica.

En un proceso de estrangulación:

En los sistemas de gas ideal, los procesos son procesos de limitación de temperatura constante. En escenarios de gases reales, el cambio de temperatura hace ocurrir cuando se estrangula el gas. Sin embargo, para cada gas real, bajo un conjunto dado de condiciones, hay un punto de temperatura a la cual no hay cambio de temperatura se produce cuando se estrangula el gas. Esta temperatura se denomina un punto de inversión. Por aire, la temperatura máxima de la inversión es 603 °K.

Un sistema termodinámico se dice que está en equilibrio cuando se encuentra en un producto químico, estado térmico, mecánico, de convección y de radiación de equilibrio. Un sistema termodinámico en equilibrio no experimenta cambios químicos, térmicos, mecánicos, radiación y convección cuando se aíslan o aislados de los alrededores.

Algunos sistemas termodinámicos están en equilibrio al comienzo de un proceso y están en equilibrio hacia el final de un proceso.

Sin embargo, estos sistemas pueden desviarse de equilibrio en los puntos intermedios del proceso. Tales procesos se denominan como procesos cuasi estático o cuasi equilibrio. Tales procesos se dice que constituyen pasos infinitesimales. Dado que los cambios de propiedad en cada uno de estos pasos son pequeños, para todos los propósitos intensivos, se supone que estos pasos para representar fases en equilibrio cortas.

6.2. Proceso Polytropic

Procesos Polytropic pertenecen a los gases y son procesos que funcionan de acuerdo con la ecuación politrópico del Estado:

Ecuación 44

Cuando, "n" es un exponente politrópico y es una propiedad intrínseca de los equipos y no el sistema gaseoso. Por ejemplo, el exponente politrópico "n" para compresores de aire oscila desde 1,25 hasta 1,3.

Tenga en cuenta la diferencia entre la ecuación de proceso politrópico Eq. 44 y la ecuación de la ley de los gases ideales Eq. 44ª

Ecuación 45

Ecuación 65, que es también una representación matemática de una ley de los gases ideales se refiere como la Ley de Boyle, puede ser reorganizado y se escribe como:

V1 P1 = P2 V2 Ecuación 45a

Una comparación entre la ecuación 45a y la ecuación. 44 revela que una diferencia destacada entre el comportamiento de un gas ideal, en condiciones ideales, y los gases ideales (aire) que opera bajo la especificación de equipo específico es que bajo las limitaciones de equipos específicos del exponente "n" de los volúmenes V1 y V2 no es igual a 1. Por lo tanto, "n" se utiliza como exponente para el volumen en la ecuación 44.

6.3. Proceso reversible

Un proceso reversible termodinámico es un proceso que cambia el estado de un sistema de tal manera que el cambio neto en la entropía combinada del sistema y sus alrededores es cero. El sistema y los alrededores se pueden restaurar a su estado inicial al final de un proceso reversible. No hay calor se pierde en un proceso reversible, por lo tanto, la máquina o la eficiencia del motor se maximiza.

Uno de los atributos de un proceso reversible puede afirmar, matemáticamente, de la siguiente manera:

6.4. Proceso Irreversible

Un proceso termodinámico que no es reversible se conoce como un proceso irreversible. Además del hecho de que el calor es o puede ser desperdiciado en un proceso irreversible, hay un cambio neto en la entropía del sistema. En otras palabras:

Estudio de Caso: Determinación de la carga total de calor durante a Refrigeración del pescado en la empresa Pesinagri, AAA

1. Introducción

Pesinagri AAA, es una empresa ubicada en la provincia de Luanda, en Angola. Dedicado a la conservación en congelado del pescado. La capacidad instalada de almacenamiento es de 20 toneladas y tiene una producción media anual de 1.000 toneladas.

Estudio y comprensión del Ciclo de la Refrigeración Básico, sistemas de climatización y sistemas de climatización automática es una parte integrante esencial de la termodinámica. Definiciones y explicación de varios otros términos y conceptos, como por ejemplo, de bulbo seco, bulbo húmedo, punto de rocío, entalpía específica, relación de humedad, SHR o relación de calor específico, la entropía, líquido saturado, vapor saturado y vapor sobrecalentado están cubiertos.