Mg. Ing. Gary Christiam Farfán ChilcausGary.farfan@upnorte.edu.pe

TERMODINÁMICASesión 1

FACULTAD

DE IN

GEN

IERÍA

CARRERA DE IN

GEN

IERÍA AMBIEN

TAL

Ing. Gary Farfán Chilicaus 2013-1 Termodinámica

Concepto de TermodinámicaSegún Torregrosa, Galindo y Climent definen a la termodinámica de la siguiente manera:

« Parte de la física que estudia las transformaciones energéticas.»

Según Potter y Somerton:

«La termodinámica es una ciencia que estudia el almacenamiento, la transformación y la transferencia de energía.»

Según Cengel y Boles:

«La termodinámica es la ciencia de la energía»

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El término TERMODINÁMICA proviene de las palabras griegas THERME (CALOR) y DYNAMIS (FUERZA).

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Origen de la Termodinámica

Este estudio tuvo origen históricamente en el estudio de las máquinas

térmicas. Sin embargo, el desarrollo posterior de la termodinámica no se ha

restringido a este campo, sino que se han desarrollado formalismos y

metodologías aplicables a cualquier problema físico, desde el

comportamiento de un fluido de trabajo de una máquina térmica a la

imanación de un sólido paramagnético.

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Sistema Termodinámico

1. Definición:

Entendemos por sistema Termodinámico cualquier región macroscópica del

espacio limitada por una superficie cerrada. Dicha superficie cerrada pude ser

real (superficie de una gota de agua, superficie interior de un cilindro que

contiene un gas) pero también puede ser imaginaria.

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2. Clasificación de los Sistemas Termodinámicos:

2.1. Paredes Restrictivas:

Paredes Aislantes: Prohiben el intercambio de materia y energía.

Paredes Adiabáticas: Prohiben el intercambio de materia y de energía que no

sea trabajo.

Paredes Impermeables: Prohiben el intercambio de materia.

Pared Fija y Rígida: Prohibe el intercambio de energía acompañado de

cambio de volumen.

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2.2. Paredes Permisivas:

Paredes Permeable: Permite el intercambio de materia y energía que no sea

trabajo.

Paredes Diatérmana: Permite el intercambio de energía que no sea trabajo.

Paredes Móvil: Permite el intercambio de energía acompañado de cambio de

volumen.

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De acuerdo al modo en que se relacionan con su entorno, pudiendo

distinguirse los siguientes tipos:

Sistemas Abiertos: Intercambian materia y energía con su entorno (pared

permisiva).

Sistemas Cerrados: Son aquellos que pueden intercambiar con el entorno

energía pero no materia (pared impermeable).

Sistemas Aislados: Estos sistemas no pueden intercambiar con su entorno

ni materia ni energía (pared aislante).

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Propiedades Termodinámicas Fundamentales

1. Definición:

Todo sistema termodinámico viene caracterizado por un cierto número

de variables, llamadas variables termodinámicas o propiedades

termodinámicas del sistema.

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1. Clasificación:

1.1. Primera Clasificación:

• Variables Externas: Son aquellas cuyo valor depende de la

posición en el espacio de cuerpos exteriores al sistema (por

ejemplo, el volumen de gas en un cilindro con un pistón).

• Variables internas: Son el resto de las variables termodinámicas del

sistema.

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1.2. Segunda Clasificación:

• Variables Extensivas: Dependen de la masa y son proporcionales a

ella, por ejemplo: el volumen; la longitud, etc.

• Variables Intensivas: No dependen de la masa. Por ejemplo: La

presión.

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Temperatura: Es la magnitud característica del estado térmico de

un sistema, es una variable intensiva.

Presión: Es una magnitud intensiva, característica de los fluidos.

Volumen: Es la medida del espacio ocupado por el sistema.

Volumen específico: Es el volumen por unidad de masa.

Densidad: La masa por unidad de volumen del mismo.

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La Ley Cero de la Termodinámica

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Energía y Calor

Energía: Se define la energía como la capacidad que tiene un

sistema de realizar un determinado trabajo mecánico.

Calor: Es un mecanismo de intercambio de energía asociado al

movimiento microscópico de los constituyentes de un sistema.

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Primera Ley de la TermodinámicaENERGÍA INTERNA (U) es la energía total del sistema.

Es imposible medir.Su variación sí se mide.

U = Q + W Q y W > 0 si se realizan a favor del sistema.

U es función de estado.

CALOR

Q > 0CALOR

Q < 0

TRABAJO

W < 0TRABAJO

W > 0

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Calor a volumen constante (Qv)

Es el intercambio de energía en un recipiente cerrado que

no cambia de volumen.

Si V= constante, es decir, V = 0

W = 0 Qv = U

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Calor a presión constante (Qp)La mayoría de los procesos químicos ocurren a presión constante, normalmente la atmosférica.

Si p = cte W = – p · V

U = Qp – p · V

U2 – U1 = Qp – p · (V2 – V1)

Qp + U1 + p · V1 = U2 + p · V2

H1 H2 (entalpía)

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Calor a presión constante (Qp)H1= U1 + p · V1; H2= U2 + p · V2

Qp + H 1 = H 2

Qp = H2 – H1 = H

H es una función de estado.

Reactivos

En

talp

ia (

H)

Productos

H > 0

Reac. endotérmica

En

talp

ia (

H)

Reactivos

Productos

H < 0

Reac. exotérmica

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Relación Qv con Qp (gases)

H = U + p · V

Aplicando la ecuación de los gases: p · V = n · R · T

y si p y T son constantes la ecuación se cumplirá para los estados inicial y final:

p · V = n · R · T

H = U + n · R · T

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Relación Qv con Qp (sólidos y líquidos)

En reacciones de sólidos y líquidos apenas se produce

variación de volumen y ...

Qv Qp

es decir:

U H

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Ejemplo: Determinar la variación de energía interna para el proceso de combustión de 1 mol de propano a 25ºC y 1 atm, si la variación de entalpía, en estas condiciones, vale – 2219,8 kJ.

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l) H = –2219,8 kJ

nreactivos = 1+5 = 6 ; nproductos = 3 n = – 3

Despejando en U = H – n · R · T = – 2219,8 kJ + 3 mol · (8,3 J/mol.K) · 298 K = –2212,38 kJ

U = – 2212,38 kJ