TermodinÃ¡mica TÃ©cnica - UN Virtual - Universidad Nacional de ...

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10 1 Procesos de transformación de la energía y su análisisdonde la masa molar M es la única propiedad molar que no se acompaña de la barra superior.Debido a la relación,V = n ¯V = mv (1-13)es posible establecer las siguientes relaciones,M = m/n = ¯V /v = Ū/u = ¯H/h (1-14)1.4. Sistemas técnicos de transformaciónLa clasificación de la maquinaria y equipos analizados a través de la termodinámica técnica serealiza según sus aplicaciones, en generación de potencia y sistemas de refrigeración y bombasde calor; o según las sustancias de trabajo empleadas, en operación con gas o con vapor. En estetexto se sigue la clasificación según las aplicaciones de la maquinaria y equipos.1.4.1. Sistemas de generación de potenciaEsta clasificación incluye una subdivisión según la forma en la que se realizan los procesosde combustión. La combustión interna hace referencia al uso directo de los gases producidosdurante la combustión para la generación de potencia mecánica. Los principales equipos de estetipo son los motores de combustión interna y las turbinas de gas. Los motores de combustióninterna encendidos por chispa (es decir, a través de un medio externo a la propia mezcla de gascombustible) se reconocen como motores Otto y se representan bajo el ciclo termodinámico delmismo nombre. Por otra parte, los motores de combustión interna con autoencendido a través dela compresión del aire para la combustión y la posterior inyección del combustible se reconocencomo motores Diesel y operan bajo el ciclo del mismo nombre. Adicionalmente, se tiene dentrode los equipos de combustión interna las turbinas de gas, que operan directamente con los gasesgenerados en un proceso de combustión y se representan a través del ciclo termodinámico Joule-Brayton. Por otra parte se tienen los equipos que operan a través de procesos de combustiónexterna, que se refieren al uso de un transportador intermedio de energía térmica que la recibe delproceso de combustión y la transporta hasta el equipo generador de potencia. En estos equiposlos gases generados en los procesos de combustión no entran en contacto directo con los equipospara la generación de la potencia mecánica. Dentro de estos equipos se cuenta con las turbinasde vapor y los motores Stirling.1.4.2. Sistemas de calentamiento y enfriamientoSe tiene una subdivisión principal entre los sistemas de refrigeración y los sistemas de calentamiento.Los sistemas de refrigeración operan a través de procesos físicos de absorción o decompresión, y estos a su vez se pueden clasificar en sistemas que operan con gas o con vapor.Estos sistemas también se emplean para realizar la licuefacción de gases. Por otra parte, los sistemasde calentamiento se pueden clasificar en sistemas con operación tradicional (con energíaprimaria); sistemas de bombas de calor (empleadas para transferir calor de ambientes con menor
1.5 Procesos termodinámicos 11temperatura a ambientes con mayor temperatura a través del suministro adicional de energía alsistema) y en sistemas combinados, que se emplean para la generación simultánea de potencia(mecánica y/o eléctrica) y energía térmica (p.e., calor para procesos).1.5. Procesos termodinámicosLos procesos de transformación mencionados se llevan a cabo en equipos y maquinaria especialmentediseñados, lo que implica que se tengan interacciones entre estos, las fuentes de energía ylas propiedades termodinámicas de la materia. La ingeniería energética se centra en el estudiode los procesos de transformación de la energía y la ingeniería de procesos o química lo haceen los procesos de transformación de la materia. En todo caso, estos dos tipos de procesos detransformación ocurren de manera acoplada.En el análisis de sistemas termodinámicos es útil identificar el término de sustancias puras. Estassustancias tienen una composición química estable, es decir, no se presentan reacciones químicas.Si una sustancia pura se presenta en más de una fase, su composición química se conserva encada una de ellas. Las fases se refieren a los estados sólido, líquido o gaseoso de las sustancias,en los cuales tanto la composición química como la estructura física son homogéneos.Según la composición de los sistemas, se puede hacer la siguiente clasificación.Sistemas homogéneos: presentan composición química y propiedades físicas homogéneas entodo el sistema. Están conformados por una fase única y constituyen los sistemas termodinámicosmás sencillos. Estos sistemas pueden estar conformados por varios componentes que noreaccionan entre sí, como p.e. el aire.Sistemas heterogéneos: se componen de dos o más fases. En estos casos se presentan gradientesapreciables en las superficies de la interfase, p.e., cuando se tiene vapor de agua y agualíquida en un recipiente, en cuyo caso la variación de la densidad en la interfase vapor-líquido esconsiderable. En los sistemas heterogéneos se puede realizar el análisis a través de varios sistemashomogéneos, como la consideración separada del vapor de agua y el agua en una caldera, p.e.Adicionalmente se identifican los sistemas continuos cuando las propiedades de las sustanciasdel sistema varían continuamente, p.e., cuando se tiene un trozo de madera en combustión.En los sistemas en que se presentan muchas discontinuidades en su composición química yfísica no es posible identificar el estado del sistema en un instante determinado. En este tipode sistemas ya no puede considerarse un estado termodinámico; un ejemplo de estos sistemasse tiene durante la entrada súbita de aire en un recipiente, que se encuentra inicialmente en vacío.
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