Taller 1 -Termodinámica Técnica

Es una porción del espacio o materia separada del exterior por una superficie cerrada, que puede ser real o imaginaria. El medio exterior al sistema, constituye el entorno del sistema o los alrededores.

Debe quedar claro que la Termodinámica es una ciencia y, quizá la herramienta más importante en la ingeniería, ya que se encarga de describir los procesos que implican cambios en temperatura, la transformación de la energía, y las relaciones entre el calor y el trabajo.

EIQ 342 Segundo Semestre 2013 Profesor: Luis Vega A Primera Ley de la Termodinámica Unidad 1: 2 Primera ley de la termodinámica "La energía no se crea ni se destruye solo se transforma" 3

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA 1. Discuta brevemente la necesidad de enunciar el segundo principio de la termodinámica.

Una de las diferencias brísicas entre la evolución del hombre y la de los demás animales es que el hombre transforma su medio ambiente tratando de adaptarlo a sus necesidades, mientras que los animales se adaptan a la Naturaleza, todo ello mediante el tanteo de nuevas soluciones y la selección natural de las buenas, es decir, mediante el aprendizaje.

2004

r.alco. e integrante del Programa de De• sarrollo Profesional en Automa • UIM detallada descripción de una máquina actual-el motor de gasolina-sin exigir del estudiante preparación alguna en termodinámica, tal como sucedió a los que emplearon la m,'iquina de Watt. la lógica interna de este te xto es consecuencia de lo ante rior; por eso departe del orden tradicional de los textos básicos: dime,¡sio/le5 y unidades; sistema. clasificació ,r de sistl.'mus (abil.'rto, cerrado, ais/ado .. .), estado, Il.'mperatura, vo/uml.'n especifico, presión, ... y posponemos el concepto de reversibilidad hasta contarconel deentropia. El lector interesado puede encontrar propuestas curriculares con un edificio conct'ptu,ll impecabl¡omente terminado y vigilado (po r ejemplo, Hatsoupolos, G. N. & Kcenan, J. H. Prúrcil,ll.'s o/&lIl.'ra/ Tlrermodynamics. J. Wiley,); o bien, puede acercarse a otros textos que se destacan por su buena calidad científica y la gran cantidad de temas útiles para ingeniería que cont ienen (Wark, K. Jr. Tmnodi rHimica. McCraw Hill). A lo largo del texto el lector es continuamente invitado a examinar [os ciclos de Otto, Diesel, Brayton y Camot, al momento de contar con más y mejores herramientas conceptuales. la sustancia de trabajo puede ser una mezcla (aire, aire-gasolina, aire-diesel, ...) pero siempre será considerada como un gas ideal. Y, por supuesto, el tex to hace refe rencia únicamente a la tcrmodinamica de equilibrio. " tr.m~fl'rl'ncia dt' cil lor y, por lo tanto, pilril dectu,lT el ,m.ilisis de máquinas como lils d~' Dil'~1'1)' Otto. Lil I'nergi.l cinétic,l moll'culilr proml-dio-correspond iente ill movimiento de tr,hlación de las moléculas de un cu('rpo-es lo que nosotros relacionilmos ~l'nsurialmt'ntl' con lo fdo o caliente. La temperaturil es, entonces, un registro dl' la en~'rgia cinético-molecular que posee un cuerpo en determinado momento. Una temperatur,l baja ('stá asociada con menor energía cinelica promedio de las moléculas; una temperiltura más alta con una mayor energía cinetico-molecular. Cuando dos cuerpos con diferente energía cinetico-molc<:ular promedio son puestos .. n cont.1cto entre sí-aislados de cualquier influencia extema-después de cierto tiempo establecerán su muy particular equilibrio térmico. Es decir, las energías cinéti-CilS promedio de sus respl.'"ctivas moléculas a1cam:arán finalmente un equilibrio. La propil.'"dad qul' I.'"stos cuerpos tendriln en comun, en ese momento, es su temperatura. Notemos que el párrafo antI'Tior establece un vinculo entre una propiedad macroscópica de la materia, la temperatura, con otra microscópica, su energía cinético-molecul,lr promedio. El equilibrio térmico no depende de la forma, tamaño, masa o del material de los "

1 Tutorial 2. Termodinámica Química Objetivos: • Aprender a escoger el paquete de propiedades físicas apropiado. • Elaborar diagramas de fases. • Extraer datos de propiedades físicas de los componentes. • Extraer datos de equilibrio. Introducción: Recordemos que la intención de este tutorial es aprender a usar Aspen Plus y ser capaces de aplicar los conocimientos que hemos ido adquiriendo a lo largo de la carrera aprovechando esta herramienta de simulación. Por esto, nuestra intención es aplicar Aspen Plus en cada uno de los cursos medulares de nuestra carrera (Termodinámica Química, Ingeniería de Fluidos, Ingeniería de Calor…). En este tutorial cubriremos algunas aplicaciones del curso de Termodinámica Química de la Facultad. Tutorial: Paquetes de propiedades físicas: Todos los modelos de operaciones unitarias necesitan el cálculo de propiedades para generar resultados. Las propiedades que se requieren con más frecuencia son las fugacidades para el cálculo de equilibrio termodinámico (cálculo de un flash). El cálculo de entalpías también es requerido con frecuencia. Las fugacidades y las entalpías son regularmente suficiente información para calcular un balance de masa y energía. Sin embargo, otras propiedades termodinámicas (y, si son requeridas, propiedades de transporte) son calculadas para todas las corrientes del proceso en Aspen. El cálculo de las propiedades tiene un gran impacto en los resultados que obtendremos. Por lo tanto, el escoger el paquete apropiado de propiedades físicas es crucial para obtener resultados válidos. A continuación, explicamos un poco de las bases del cálculo de propiedades y damos un panorama de cómo escoger el paquete de propiedades físicas apropiado según el sistema que estemos simulando. Los dos métodos para el cálculo de equilibrio líquido-vapor (ELV) son: el método de ecuaciones de estado y el método de los coeficientes de actividad. El equilibrio de fases es el cálculo clave en la mayoría de las operaciones unitarias. La relación básica es la igualdad de fugacidades: í µí±“ " # = í µí±“ " % Es aquí donde entran los dos distintos enfoques: En el enfoque de ecuación de estado: í µí±“ " % = í µí¼‘ " % í µí±¦ " í µí± í µí±“ " # = í µí¼‘ " # í µí±¥ " í µí± Y el cálculo del coeficiente de fugacidad está dado por: í µí±™í µí±›í µí¼‘ " a = − 1 í µí±í µí±‡ í µí¼•í µí± í µí¼•í µí±› " 2,4,5 678 − í µí±í µí±‡ í µí±‰ 4a : í µí±‘í µí±‰ − í µí±™í µí±›í µí± a Donde: a = vapor o líquido V = Volumen Total Z = Factor de compresibilidad n i = Número de moles del componente i En el enfoque del coeficiente de actividad: í µí±“ " % = í µí¼‘ " % í µí±¦ " í µí± í µí±“ " # = í µí»¾ " í µí±¥ " í µí±“ " * ,# Donde la fugacidad de la fase vapor se calcula exactamente igual que en el enfoque de ecuación de estado, g i = Coeficiente de actividad del componente i f i *,l = Fugacidad del componente i puro en la fase líquida a la temperatura de la mezcla Cada paquete de propiedades en Aspen Physical Property System (bases de datos de Aspen Plus, métodos de cálculo de propiedades en Aspen Plus) se basa ya sea en el enfoque de ecuación de estado o en el de coeficientes de actividad para los cálculos de equilibrio de fases. El método de cálculo del equilibrio de fases determina como son calculadas otras propiedades termodinámicas, como entalpías y volúmenes molares.Con el enfoque de ecuación de estado, todas las propiedades termodinámicas de ambas fases pueden ser calculadas con la ecuación de estado.

2007