Termodinámica

Tapa......Page 1
Prólogo.................................................V......Page 5
Contenido.............................................VII......Page 7
Preambulo para el estudiante.................XIV......Page 14
Símbolos..............................................XXIII......Page 23
Abreviaturas..........................................XXVI......Page 26
1.2 Sustancia operante o de trabajo......Page 27
1.3 El Sistema......Page 28
1.5 Propiedades y estado......Page 29
1.6 Sistemas de unidades......Page 30
1.7 Unidaes SI......Page 31
1.9 Masa......Page 34
1.11 Densidad y volumen específico......Page 36
1.13 Presión - Teoría cinética......Page 37
1.15 Manómetros de líquido......Page 40
1.16 Principio de Arquimides......Page 42
1.17 Temperatura - Punto de vista microscópico......Page 43
1.18 Escalas de temperatura......Page 44
1.20 Ley cero......Page 46
1.21 Procesos y ciclos......Page 47
1.22 Conservación de la masa......Page 48
1.26 Conclusión......Page 51
2.2 Relación entre la materia y la energía......Page 55
2.3 Medición de la Energía......Page 56
2.4 Energía potencial gravitacional......Page 57
2.5 Energía cinética......Page 58
2.6 Energía interna......Page 59
2.8 Trabajo sobre una frontera móvil de un sistema......Page 61
2.11 Energía Eléstica......Page 64
2.12 Tensión Superficial......Page 67
2.13 Trabajo Eléctrico......Page 68
2.15 Ecuación de Trabajo Generalizada......Page 69
2.16 Energía de Flujo......Page 70
2.17 Calor - Una descripción microscópica......Page 71
2.18 Calor específico a volumen constante......Page 73
2.19 Calor específico a presión constante......Page 75
2.22 Aspectos microscópicos del calor específico......Page 76
2.25 Otras formas de energía......Page 80
2.26 Conservación de la energía......Page 82
2.28 Conclusión......Page 83
3.2 Postulado del estado termodinámico......Page 87
3.4 Cambios de fase a presión constante......Page 88
3.5 Comparación de las líneas de líquido y de vapor......Page 90
3.6 Superficies Termodinámicas......Page 91
3.7 Diagramas de las Fases......Page 92
3.8 Regle de las Fases......Page 94
3.10 Tablas de gas......Page 95
3.11 Tablas Líquido-Vapor......Page 96
3.13 Ejemplo-Comparación de cambios de entalpía durante la compresión del agua......Page 98
3.15 Diagrama de Mollier......Page 100
3.16 El diagrama ph......Page 102
3.17 Conclusión......Page 103
4.2 Primera Ley de la Termodinámica......Page 106
4.3 Energía Interna-Consecuencia de la primera Ley......Page 107
4.5 Entalpía......Page 108
4.6 Sistemas cerrados......Page 109
4.7 Ecuación de energía en el caso de sistemas cerrados......Page 110
4.8 Sistemas abiertos y flujo constante......Page 111
4.9 Ecuación general de energía en el caso de sistema abierto......Page 112
4.10 Sistemas abiertos de estado y flujo constantes......Page 114
4.11 Aplicaciones de la ecuación de flujo constante......Page 115
4.12 Relaciones entre propiedades a partir de ecuaciones de energía......Page 118
4.13 Sistemas abiertos, flujo transitorio, estado no permanente......Page 119
4.14 Materia que atraviesa mas de dos fronteras......Page 121
4.15 Fronteras del sistema......Page 122
4.17 Energía de fricción (pérdida por rozamiento)......Page 124
4.18 Ecuación de Energía en el caso de flujo de un fluido incompresible......Page 125
4.19 Flujode una sustancia compresible a través de un ventilador o una bomba......Page 127
4.20 Conclusión......Page 129
5.1 Introducción......Page 133
5.2 Enunciados de la Segunda ley de la Termodinámica......Page 134
5.3 Desigualdad de Clausius......Page 135
5.4 Definición de la Entropía a partir de la segunda Ley......Page 136
5.5 Producción de Entropía......Page 137
5.6 Ejemplo- Producción de entropía dentro de un sistema......Page 138
5.7 Disponibilidad (energetica)- Sistema cerrado......Page 140
5.8 Disponibilidad (energetica)- Sistema abierto de flujo constante......Page 142
5.9 Reversibilidad......Page 143
5.11 Irreversibilidad en un sistema cerrado......Page 146
5.12 Irreversibilidad en un sistema de flujo constante......Page 148
5.13 Porción disponible del calor......Page 149
5.14 Ejemplo- Irreversibilidad de un proceso adiabático......Page 150
5.15 Ejemplo- Irreversibilidad de un intercambio de calor con el sumidero......Page 151
5.16 Ejemplo- Irreversibilidad debida  un cambio de calor......Page 152
5.17 Observaciones generales acerca de la entropía, la disponibilidad y la irreversibilidad......Page 154
5.18 Calor versus Entropía en el caso de un proceso irreversible......Page 155
5.19 Cambio de Entropía, sistema abierto......Page 156
5.20 Ejemplo- Pérdidas mecánicas......Page 157
5.22 Ejemplo- Producción de entropía en el caso de cambio transitorio......Page 158
5.24 Funciones de Helmholtz y de Gibbs......Page 159
5.25 Equilibrio......Page 162
5.26 Consideración cuantitativa del equilibrio......Page 163
5.27 La segunda ley y la probabilidad......Page 164
5.30 Conclusión......Page 167
6.1 Introducción......Page 173
6.3 Ley de Charles (o de Charles-Gay-Lussac)......Page 174
6.4 Ley de Avogadro......Page 175
6.5 La ecuación de estado......Page 176
6.6 La constante de gas......Page 177
6.7 Ley de Joule......Page 178
6.8 Calores específicos de un gas ideal......Page 179
6.10 Ley de Dalton de las presiones parciales......Page 180
6.11 Experimento de Joules-Thomson......Page 181
6.12 Tercera ley de la Termodinámica......Page 182
6.13 Entropía de un gas ideal......Page 183
6.14 Ejemplo- Mezcla irreversible de gases......Page 185
6.15 Tabla de gas......Page 186
6.16 Ejemplo- Propiedades de la tabla de gas......Page 187
6.17 Conclusión......Page 188
7.2 Procesos Isométricos......Page 193
7.3 Ejemplo- Proceso isométrico (reversible)......Page 195
7.4 Ejemplo- Proceso a volumen constante, irreversible......Page 196
7.5 Proceso Isobárico......Page 197
7.7 Ejemplo- Proceso isobárico, vapor......Page 199
7.8 Ejemplo- Proceso a presión constante......Page 200
7.9 Flujo constante con DK=0, DP=0, W=0......Page 201
7.10 Proceso Isotérmico......Page 202
7.12 Ejemplo- Proceso isotérmico, aire......Page 204
7.13 Proceso Isentrópico......Page 205
7.15 Ejemplo- Proceso isentrópico con calores específicos variables......Page 208
7.16 Procesos adiabáticos, reversibles e irreversibles......Page 209
7.17 Ejemplo- Procesos adiabáticos reversibles e irreversibles......Page 210
7.18 Ejemplo- Proceso adiabático irreversible......Page 213
7.19 Calorímetro de estrangulación......Page 214
7.20 Procesos Politrópicos......Page 215
7.21 Ejemplo, proceso politrópico- Soluciones con K constante y por la Tabla de Gas......Page 217
7.22 Curvas para diferentes valores de n......Page 218
7.23 Propiedades de estagnación y número de Mach......Page 219
7.24 Ejemplo- Propiedades de estagnación......Page 221
7.25 Salida de fluido de un tanque rigido......Page 222
7.26 Ejemplo- Salida de gas de un tanque......Page 223
7.28 Ejemplo- Entropía, flujo no constante......Page 225
7.29 Ejemplo- Flujo transitorio......Page 226
7.30 Ejemplo- Flujo transitorio......Page 227
7.31 Indice de eficiencia y otras relaciones......Page 229
7.32 Conclusión......Page 231
8.2 Fluido expansible en una máquina térmica......Page 237
8.3 Ciclo de trabajo, eficiencia termodinámica (o térmica) y consumo específico de calor......Page 238
8.4 El ciclo de Carnot......Page 239
8.5 Temperatura termodinámica......Page 241
8.6 Ciclo de Carnot con un gas ideal......Page 242
8.7 Trabajo por f p dV o bien f V dP......Page 243
8.8 Presión media efectiva......Page 244
8.9 Ejemplo- Ciclo de Carnot......Page 245
8.10 Regeneración......Page 246
8.11 Ciclo de Stirling......Page 247
8.13 Ciclos inversos y reversibles......Page 250
8.14 Ciclo de Carnot inverso......Page 251
8.15 Ejemplo- Análisis de un ciclo......Page 253
8.16 La máquina reversible es la mas eficiente......Page 254
8.17 Conclusión......Page 256
9.1 Introducción......Page 260
9.2 Ciclo y máquina ideales......Page 261
9.3 Ciclo y máquina Rankine......Page 262
9.4 Eficiencias de ciclo Rankine- Consumos específicos de vapor......Page 265
9.5 Ejemplo- Máquina Rankine......Page 266
9.6 Mejoramiento de la eficiencia termica del motro Rankine......Page 268
9.7 Regeneración......Page 269
9.8 Ciclo regenerativo......Page 270
9.9 La máquina motriz regenerativa......Page 273
9.11 Ciclo y máquina con recalentamiento y regeneración......Page 275
9.12 Calentadores de tipo cerrado para agua de alimentación......Page 277
9.14 Ciclo y máquina de expansión incompleta......Page 280
9.15 Conclusión......Page 282
10.2 Ecuaciones de Estado......Page 288
10.3 Ecuación de Van Der Waals......Page 289
10.4 Uso de una ecuación de Estado para determinar cambios de Energía y en las propiedades......Page 291
10.5 Coordenadas reducidas y factor de compresibilidad......Page 292
10.6 Diagrama de compresibilidad generalizado......Page 293
10.8 Ecuaciones de estado generalizadas......Page 295
10.9 Ejemplo......Page 296
10.10 Desviación de Entalpía......Page 297
10.11 Desviación de Entropía......Page 298
10.12 Ejemplo- Proceso isotérmico......Page 299
10.13 Proceso de estrangulación......Page 300
10.14 Ejemplo- Proceso Isentrópico......Page 301
10.15 Fugacidad y diagrama de coeficiente de fugacidad generalizado......Page 303
10.16 Ejemplo- Proceso Isotérmico......Page 304
10.17 Conclusión......Page 305
11.2 Consideraciones Matemáticas Básicas......Page 309
11.3 Relaciones de Maxwell......Page 311
11.4 Ejemplo- Cambio de Entropía, T = C, por la ecuación de estado......Page 313
11.5 Ecuación de Clausius- Clapeyron......Page 314
11.6 Ejemplo- Ecuación de Clapeyron......Page 315
11.7 Coeficientes de dilatación y compresibilidades; módulos volumétricos......Page 316
11.8 Ejemplo- Variación de la energía interna con la presión......Page 317
11.9 Ejemplo- Trabajo y calor en un proceso isotérmico para un sólido......Page 318
11.11 Ecuaciones generales para el cambio de Entropía......Page 319
11.12 Desviación de Entropía......Page 321
11.13 Desviación de Entropía por estados correspondientes......Page 322
11.14 Ejemplo- Entropía de agua comprimida......Page 324
11.16 Ecuación general para el cambio de Energía Interna......Page 325
11.18 Desviación de Entalpía......Page 326
11.19 Coeficiente de Joule-Thomson......Page 328
11.20 Calores Específicos......Page 331
11.22 Ecuaciones de energía con  líquidos o sólidos......Page 333
11.23 Calores específicos de sólidos......Page 334
11.24 La superficie de Gibbs primitiva......Page 335
11.25 La superficie de Gibbs derivada......Page 336
11.26 Relaciones termodinámicas consideradas respecto de la superficie de Gibbs primitiva......Page 337
11.27 Mezclas de gases no ideales......Page 339
11.28 Sistema elástico......Page 341
11.29 Sistema paramagnético......Page 344
11.30 Celda electroquímica reversible......Page 345
11.31 Conclusión......Page 346
12.2 Descripción de las mezclas......Page 351
12.3 Ejemplo......Page 353
12.4 Propiedades de una Mezcla......Page 354
12.6 Temperatura o punto de condensación (punto de rocío)......Page 356
12.8 Relación de Humedad......Page 357
12.9 Procesos de saturación Adiabática......Page 358
12.11 Diagrama psicrométrico......Page 360
12.12 Entalpía y Entropía de vapor sobrecalentado a baja presión......Page 361
12.14 Ejemplo- Propiedades del aire atmosférico......Page 362
12.15 Entalpía, Energía Interna y Entalpía Psicometrica de una mezcla gas-vapor......Page 364
12.17 Mezclas distintas de las de aire y vapor de agua......Page 365
12.18 Ejemplo- Mezcla de combustible y aire......Page 366
12.19 Ejemplo- Proceso de acondicionamiento de aire......Page 367
12.20 Ejemplo- Proceso a volumen constante......Page 369
12.21 Mezclado de corrientes......Page 371
12.22 Conclusión......Page 372
13.2 Combustibles......Page 377
13.4 Composición del aire......Page 378
13.6 Ejemplo- Combustión del octano......Page 379
13.7 Ejemplo- Volumen de productos......Page 380
13.8 Combustión con exceso o deficiencia de aire......Page 381
13.10 Ejemplo- Hallar el aire requerido y los productos de la combustión dado el análisis gravimétrico de un combusible......Page 382
13.11 Análisis de lo productos de combustión......Page 384
13.12 Ejemplo- Relación real entre aire y combustible......Page 385
13.13 Ejemplo- Aire para un hidrocarburo de composición desconocida......Page 386
13.15 Entalpía de combustión......Page 387
13.16 Algunas observaciones acerca de poderes caloríficos......Page 388
13.17 Cambio de Entalpía durante la reacción......Page 389
13.18 Proceso de combustión, estados aleatorios......Page 390
13.20 Ejemplo- Temperatura después de la combustión, motor Diesel ideal......Page 391
13.21 Ejemplo- Disponibilidad e Irreversibilidad en el caso de combustión......Page 393
13.22 Ejemplo- Reacción en una celda  de combustión......Page 395
13.23 Combustión a volumen  constante (isométrica)......Page 396
13.26 Ejemplo- Cálculo de valores de p.c. a volumen constante......Page 398
13.27 P.C. a una temperatura distinta de la estandar......Page 399
13.28 Ejemplo- Entalpía de reacción  la temperatura 0°R......Page 400
13.29 Entalpía de formación......Page 401
13.30 Ejemplo- Motor Diesel, temperatura después de la combustión......Page 402
13.31 Entalpía de formación a partir del poder calorífico......Page 403
13.33 Función de Gibbs en el caso de formación......Page 404
13.34 Reacciones reversibles......Page 405
13.35 Condición para equilibrio Químico, gases ideales......Page 406
13.36 Ejemplo- Disociación del CO2......Page 409
13.37 Ejemplo- Efecto de la presión sobre la disociación de CO2......Page 411
13.39 Cámara de equilibrio de Van't Hoff......Page 412
13.40 Constante de equilibrio......Page 413
13.42 Ejemplo- Temperatura de combustión adiabática con disociación......Page 415
13.43 Fugacidad y actividad......Page 417
13.44 Potencial Químico......Page 418
13.45 Conclusión......Page 419
14.3 Trabajo de un compresor......Page 426
14.4 Curvas de compresión utilizadas......Page 431
14.5 Aire libre......Page 433
14.6 Eficiencia volumétrica......Page 434
14.8 Eficiencia de compresión......Page 435
14.9 Ejemplo- Compresor de aire......Page 436
14.10 Ejemplo- Estado final y cambio de Entropía a partir de la eficiencia......Page 437
14.11 Otras eficiencias......Page 438
14.12 Compresión múltiple (en varios pasos)......Page 439
14.14 Ejemplo- Compresor de dos etapas......Page 441
14.16 Conclusión......Page 444
15.1 Introducción......Page 448
15.2 Ciclo de Brayton con flujo constante......Page 449
15.3 Temperatura intermedia para trabajo máximo......Page 451
15.4 Turbina de gas con fricción de fluido......Page 452
15.5 Ejemplo: Turbina de gas con y sin fricción, estándar de aire......Page 454
15.6 Balance de energía para el combustor......Page 456
15.7 Ejemplo: Combustor......Page 457
15.8 Ciclo ideal con calentamiento regenerativo ideal......Page 458
15.9 Eficacia (o eficiencia) de un regenerador......Page 459
15.10 Otras variantes del ciclo de Brayton......Page 460
15.11 Propulsión a reacción......Page 463
15.12 Cálculo del trabajo a partir del principio de impulso y cantidad de movimiento......Page 466
15.14 Efecto de ariete......Page 468
15.15 Ejemplo- Efecto de ariete......Page 469
15.16 Parámetros de funcionamiento de los motores de reacción......Page 470
15.17 Motores de tipo "Ramjet" o estatorreactores......Page 472
15.18 Cohetes......Page 474
15.19 Conclusión......Page 477
16.1 Introducción......Page 484
16.2 El ciclo de Otto......Page 485
16.3 Patrones ideales de comparación......Page 486
16.4 Ejemplo: Ciclo de Otto en el estándar de aire......Page 487
16.5 Consideraciones de energía en el ciclo Otto abierto......Page 489
16.6 Ejemplo: Determinación del tamaño del motor......Page 491
16.7 El ciclo Diesel......Page 492
16.9 Ejemplo: ciclo Diesel......Page 494
16.12 Variantes en los motores reales......Page 496
16.13 Conclusión......Page 498
17.2 Ciclo inverso de Carnot......Page 502
17.3 Conclusiones del ciclo de Carnot......Page 504
17.5 Ejemplo: Refrigerador de Carnot......Page 506
17.6 Refrigeración por compresión de vapor......Page 507
17.8 Ejemplo......Page 509
17.9 Refrigerantes......Page 511
17.10 Refrigeración por vacío......Page 512
17.12 Sistemas de refrigeración por absorción......Page 514
17.13 Ciclo de refrigeración por gas......Page 518
17.14 Variantes de los ciclos básicos de refrigeración......Page 520
17.15 Criogenia......Page 521
17.16 El licuefactor (o licuador) Linde......Page 522
17.17 Licuefactor (o licuador) de Claude......Page 524
17.19 Compresión por etapas (varios pasos)......Page 525
17.20 Separación de mezclas binarias......Page 526
17.21 Conclusión......Page 528
18.2 Algunos principios básicos......Page 533
18.3 Velocidad acústica......Page 535
18.5 Flujo Isentrópico con área variable......Page 537
18.6 Flujo de masa a traves de una tobera......Page 539
18.8 Corrección por velocidad inicial......Page 541
18.9 Eficacia y coeficientes de una tobera......Page 542
18.10 Ejemplo: Cálculos de diseño elementales y variación de velocidad, volumen específico y área transversal- Gas Ideal......Page 543
18.11 Ejemplo: Flujo en equilibrio en una tobera de vapor......Page 545
18.12 Flujo sobresaturado......Page 546
18.13 Ejemplo: Flujo sobresaturado......Page 547
18.14 Flujo de toberas con distintas relaciones de presión......Page 548
18.15 El difusor......Page 550
18.17 Ecuaciones aproximadas para un pequeño cambio de presión......Page 552
18.18 El tubo de Venturi......Page 553
18.19 Ejemplo: Tubo de Venturi......Page 554
18.20 Tobera, orificio y tubo de Pitot para medición......Page 555
18.21 Conclusión......Page 557
19.2 Conducción térmica......Page 561
19.3 Ley de Fourier......Page 562
19.5 Variación de la conductividad Térmica......Page 563
19.6 Conducción Termica a través de una pared plana......Page 564
19.7 Coeficiente películar de transmisión......Page 567
19.8 Tranferencia de calor de un fluido a otro......Page 568
19.9 Ejemplo: Tranferencia de calor en una pared plana compuesta......Page 570
19.10 Conducción a traves de una pared curva......Page 571
19.11 Ejemplo......Page 573
19.12 Diferencia media logarítmica de temperatura......Page 574
19.13 Ejemplo: Diferencia media logarítmica......Page 577
19.14 Radiación termica o calorífica......Page 578
19.17 Factor de configuración......Page 579
19.18 Radiación entre cuerpos grises......Page 581
19.19 Ejemplo: Dos superficies grises en el espacio......Page 582
19.20 Ejemplo: Tubería de vapor......Page 586
19.21 Radiación de los gases......Page 587
19.23 Viscosidad......Page 588
19.24 Viscosidad cinemática......Page 590
19.25 Análisis dimensional y cantidades adimensionales......Page 592
19.26 Flujo o corriente de los fluidos......Page 594
19.27 Convección térmica......Page 595
19.28 Coeficiente películar de transmisión......Page 596
19.30 Ejemplo: Precalentador de aire......Page 597
19.31 Ejemplo: Coeficiente películar para el vapor de agua......Page 598
19.32 Coeficiente películar, flujo laminar de líquidos en tuberías......Page 599
19.33 Ejemplo: Calentador de petróleo......Page 600
19.34 Coeficientes peliculares para el espacio anular......Page 602
19.36 Coeficientes películares de convección libre......Page 603
19.38 Vapores condensantes......Page 604
19.39 Conclusión......Page 605
Obras de Consulta......Page 609
A.3 Diagrama de Indicador......Page 617
A.4 Presión media efectiva (P.M.E.) y potencia indicada......Page 620
A.6 Potencia efectiva (o al freno)......Page 621
A.7 Eficiencias térmicas (o termodinámicas)......Page 623
A.9 Eficiencias térmicas en terminos del consumo de combustible......Page 624
A.11 Eficiencia Mecánica......Page 625
A.12 Gráficas de funcionamiento típicas, motor de automóvil......Page 627
Apendice B: Propiedades termodinámicas de las sustancias......Page 629
B.1 Calores específicos y constantes de gases a baja presión......Page 631
B.2 Propiedades del aire a bajas presiones (para 1 lb)......Page 632
B.3 Dióxido de carbono a bajas presiones (por lbmol)......Page 633
B.4 Monóxido de carbono a bajas presiones (por lbmol)......Page 634
B.5 Hidrógeno a bajas presiones (por lbmol)......Page 635
B.6 Nitrógeno a bajas presiones (por lbmol)......Page 636
B.7 Oxígeno a bajas presiones (por lbmol)......Page 637
B.8 Vapor de agua a bajas presiones (por lbmol)......Page 638
B.9 Productos de combustión- 400% aire estequiométrico (por lbmol)......Page 639
B.10 Productos de combustión- 200% aire estequiométrico (por lbmol)......Page 640
B.11 Entalpía y función de Gibbs de formación; entalpía absoluta......Page 641
B.12 Entalpía de reacción (poder calorífico) de combustibles......Page 642
B.13 Propiedades de vapor saturado (H2O): Temperaturas......Page 643
B.14 Propiedades de vapor saturado (H2O): Presiones......Page 646
B.15 Propiedades de vapor sobrecalentado (H2O)......Page 647
B.16-A Diagrama de Molier para el vapor (H2O) (unidades SI)......Page 655
B.16-B Diagrama de Molier para el vapor (H2O) (unidades SI)......Page 657
B.17 Diágrama psicométrico para mezclas de aire y vapor de agua......Page 658
B.18 Propiedades críticas y constantes de Van Der Waals......Page 659
B.19 Factores de compresibilidad Z, bajas presiones......Page 660
B.21 Factores de compresibilidad Z, altas presiones......Page 661
B.22 Desviación de entalpía, pB <= 1 (Zc = 0.27)......Page 663
B.23 Desviación de entalpía, pB > 1 (Zc = 0.27)......Page 664
B.24 Desviación de entalpía, pB <= 1 (Zc = 0.27)......Page 665
B.25 Desviación de entropía, pB > 1 (Zc = 0.27)......Page 666
B.26 Diagrama temperatura-entropía para el aire......Page 667
B.27 Diagrama temperatura-entropía para oxígeno......Page 668
B.28 Diagrama temperatura-entropía para hidrógeno......Page 669
B.29 Diagrama Temperatura-entropía para nitrógeno......Page 670
B.30 Diagrama temperatura-entropía para helio......Page 671
B.31 Diagrama presión-entalpía para dióxido de carbono......Page 672
B.32 Valores de log10 Kp para ciertas reacciones de gases......Page 673
B.33 Diagrama presión- entalpía para amoniaco......Page 674
B.34 Diagrama entalpía-entropía para el mercurio......Page 675
B.35 Diagrama presión-entalpía del Freón 12 (diclorodifluorometano)......Page 676
B.36 Diagrama presión-entalpía para el dióxido de azufre......Page 677
B.37 Diagrama para el coeficiente de fugacidad generalizado......Page 678
B.38 Equivalencias de unidades; constantes básicas......Page 679
Indice......Page 681
Tapa posterior......Page 697