Termodinamica conversion de unidades

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  • 1. Relaciones de Conversión de Unidades Néstor Mazara
  • 2.  Las Relaciones de conversión de unidades son iguales a 1 y no tiene unidades, por lo tanto, tales relaciones (o sus Inversos) se pueden insertar de forma conveniente en cualquier calculo para convertir unidades de manera adecuada. Por eso yo les recomiendo que siempre usen relaciones de conversión de unidades.
  • 3. Homogeneidad Dimensional
  • 4.  En la escuela primaria se aprende que manzanas y naranjas no se suman, pero de algún modo se las arregla para hacerlo (por error, por supuesto). En ingeniería, las ecuaciones deben ser dimensionales homogéneas, Es decir, cada termino de una ecuación debe tener la misma unidad. Si en alguna etapa de un análisis se esta en posición de sumar dos cantidades que tienen unidades distintas, es una indicación clara de que se ha cometido un error en una etapa anterior.Así que comprobar las dimensiones puede servir como una herramienta valiosa para detectar errores.
  • 5. Sistemas y Volúmenes de Control
  • 6.  Un sistema se define como una cantidad de materia o una región en el espacio elegido para análisis. La masa o región fuera del sistema se conoce como alrededores. La superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores se llama frontera. La frontera de un sistema puede ser fija o móvil. Noté que la frontera es la superficie de contacto que comparten sistema y alrededores.
  • 7.  En términos matemáticos, la frontera tiene espesor cero y, por lo tanto, no puede contener ninguna masa ni ocupar un volumen en el espacio.  Los sistemas se pueden considerar cerrados o abiertos, dependiendo de si se elige para estudio una masa fija o un volumen fijo en el espacio. Un Sistema Cerrado (masa de control) consta de una cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera. Es Decir no puede entrar o salir.
  • 8.  Pero la energía en forma de calor o trabajo puede cruzar la frontera; y el volumen de un sistema cerrado no tiene que ser fijo. Si, como caso especial, incluso se prohíbe que la energía cruce la frontera, entonces se trata de un Sistema Aislado.  Un Sistema Abierto, o un Volumen de Control, como suele llamarse, es una región elegida apropiadamente en el espacio. Generalmente encierra un dispositivo que tiene que ver con flujo másico, como un compresor, turbina o conducto.
  • 9.  El flujo por estos dispositivos se estudia mejor se estudia mejor si se selecciona la región dentro del dispositivo como el volumen de control.  Tanto la masa como la energía pueden cruzar la frontera de un volumen de control.  Un Gran Numero de problemas de ingeniería tiene que ver con flujo de masa dentro y fuera de un sistema y, por lo tanto, se modelan como volúmenes de control.
  • 10.  Un calentador de agua, un radiador de automóvil, una turbina y un compresor se relacionan con el flujo de masa y se deben analizar como volúmenes de control (sistemas abiertos) en lugar de como masas de control (sistemas cerrados). En general, cualquier región arbitraria en el espacio se puede seleccionar como volumen de control; no hay reglas concretas para esta selección, pero una que sea apropiada hace mas fácil el análisis.
  • 11.  Por Ejemplo: Si se necesitan analizar el flujo de aire por un conducto, una buena elección para el volumen de control seria la región dentro de el conducto.  Las Fronteras de un volumen de control se conocen como superficie de control, y pueden ser reales o imaginarias. En el caso de un conducto, la superficie interna de este constituye la parte real de la frontera, mientras que las áreas de entrada y salida forman la parte imaginaria, puesto que allí no hay superficies físicas.
  • 12. Un volumen de control puede ser fijo en tamaño y forma, como en el caso de un conducto, o bien podría implicar una frontera móvil. Sin embargo, la mayor parte de los volúmenes de control tienen fronteras fijas y, por lo tanto, no requieren fronteras móviles. Al igual que en un sistema cerrado, en un volumen de control también puede haber interacciones de calor y trabajo, además de interacción de masa.
  • 13. En un análisis de ingeniería, el sistema bajo estudio se debe definir con cuidado. En la mayor parte de los casos, el sistema analizado es bastante simple y obvio, y definirlo podría parecer una tarea tediosa e innecesaria. Sin embargo, en otros casos el sistema bajo análisis podría ser bastante complejo, de modo que su apropiada elección puede simplificar en gran medida el análisis.
  • 14. Propiedades de un Sistema
  • 15. Cualquier característica de un sistema se llama Propiedad. Algunas propiedades muy muy familiares son presión P, temperaturaT, volumenV y masa m. La lista se puede ampliar para incluir propiedades menos familiares como viscosidad, conductividad térmica, modulo de elasticidad, coeficiente de expansión térmica, resistividad eléctrica e incluso velocidad y elevación.
  • 16. Se considera que las propiedades son intensivas o extensivas. Las Propiedades Intensivas son aquellas independientes de la masa de un sistema, como temperatura, presión y densidad. Las propiedades Extensivas son aquellas cuyos valores dependen del tamaño o extensión del sistema. La Masa total, volumen total y cantidad de movimiento total son algunos ejemplos de propiedades extensivas.
  • 17. Las propiedades extensivas por unidad de masa se llaman Propiedades Especificas. Algunos ejemplos de estas son el volumen especifico (v=V/m) y la energía total especifica (e=E/m).
  • 18. Continuo La materia esta constituida por átomos que están igualmente espaciados en la fase gas. Sin embargo, es muy conveniente no tomar en cuenta la naturaleza atómica de una sustancia y considerarla como materia, homogénea y sin ningún hueco, es decir, un Continuo.
  • 19. Densidad y Densidad Relativa
  • 20. Para un elemento de volumen diferencial de masa δm y volumen δV, la densidad se puede expresar como p= δm/ δV.  En general, la densidad de una sustancia depende de la temperatura y la presión. La densidad de la mayor parte de los gases es proporcional a la presión e inversamente proporcional a la temperatura.
  • 21. Por otro lado, los líquidos y solidos son en esencia sustancias no comprensibles y la variación de su densidad con la presión es por lo regular insignifcante. Algunas veces la densidad de una sustancia se da como relativa a la densidad de una sustancia bien conocida. Entonces, se llama Gravedad Especifica, o Densidad Relativa.
  • 22. Donde g es la Aceleración Gravitacional. Las densidades de líquidos son en esencia constantes y, por consiguiente, se pueden aproximar como sustancias no comprensibles durante la mayor parte de los procesos sin sacrificar mucho en precisión.
  • 23. Estado y Equilibrio
  • 24. Considere un sistema que no experimenta ningún cambio: En estas circunstancias, todas las propiedades se pueden medir o calcular en el sistema, lo cual da un conjunto de propiedades que describe por completo la condición, o el Estado, del sistema.
  • 25. La termodinámica trata con estados de equilibrio. Esta ultima palabra define un estado de balance. En un estado de equilibrio no hay potenciales desbalanceados (o fuerzas impulsoras) dentro del sistema, y este no experimenta cambios cuando es aislado de sus alrededores.