INTRODUCCIN A LA PRCTICA DE TERMOQUMICA

termoquimca

La termodinámica es el área que estudia los procesos físicos y químicos utilizando las propiedades de la materia ( presión, volumen, temperatura, etc. ) y nos ayuda a interpretarlos de acuerdo con las propiedades moleculares, es decir, la termodinámica permite entender, y relacionar, lo que sucede con las moléculas porque sus procesos se encuentran reflejados en cambios a nivel macroscópico. En otras palabras, los cambios a nivel molecular pueden generar cambios en la temperatura, la presión, el volumen, etc.

El tema a tratar, hoy día nos los encontramos muy presente en el entorno que nos rodea, como por ejemplo; en todo tipo de artículos, ya sean en decoración, herramientas, repuestos de coches, máquinas, rodamientos, cuchillos, etc.

La cementación es un proceso de tratamiento termoquímico austenítico. Durante el transcurso de este proceso se enriquece la capa exterior del componente con Carbono (carburación) o con Carbono y Nitrógeno (carbonitruración) con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de la capa exterior del componente.

P = 8 MPa : H 1 = 17, 787 J mol S 1 = 80.449 J mol P = 3 MPa : H 2 = 18, 215 J mol S 2 = 89.514 J mol K Entonces, recordando que ∆ G = ∆ H − T ∆ S, entonces: ∆ H = 428 J mol ∆ S = 9.065 J mol K

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Los motores térmicos transforman la energía térmica proveniente de la combustión en energía mecánica. Esta energía se produce gracias a la variación de la presión, temperatura y volumen. Para entender como se produce esta transformación se estudian los ciclos teóricos, límite e indicado de cada tipo de transformación. En los ciclos teóricos las evoluciones son reversibles, el fluido de trabajo es un gas perfecto y la máquina es ideal, no presenta pérdidas. Representan el mayor rendimiento térmico al que puede aspirar un motor. En los ciclos límite, el motor continua siendo ideal, pero el fluido es real, por lo que el rendimiento contiene las pérdidas no mecánicas. El aumento de la presión se genera por el aumento de moléculas en la combustión. 2 2 2 2 2 16 8 N O H 8 CO 8 O 12 N H C + + ↔ + + Al final tenemos más moléculas (17 contra 14) y, teniendo en cuenta la ecuación de los gases, la presión aumenta, al igual que el trabajo obtenido, lo que aumenta el rendimiento. Pero en estos ciclos tenemos una serie de factores que reducen el rendimiento: • El calor específico: varía con la temperatura, aumentando con esta, entonces si la temperatura cae, la presión hace lo propio, provocando la reducción del rendimiento. • En la reacción se producen disociaciones que consumen energía de la combustión, lo que reduce el rendimiento. • Las evoluciones son no adiabáticas, por lo que la presión cae más que en los ciclos teóricos. • El fluido de trabajo no es ideal, lo que producen pérdidas. Por último, el ciclo indicado es el real, que describe el fluido dentro del cilindro, teniendo en cuenta todas las pérdidas. Conceptos necesarios Relación de compresión: es la relación entre el volumen total y el volumen de la cámara de combustión. Para motores de encendido por chispa el rango está entre 4 y 10, mientras que para aquellos de encendido por compresión el rango es entre 14 y 28, aproximadamente. cc cc cil c V V V r + = Rendimiento térmico: representa el trabajo obtenido a partir del calor de combustión. Depende de aspectos constructivos (r c) y del fluido. Q W t = η Parámetros efectivos: se refieren al eje del motor, incluyen la pérdidas, que pueden ser por el rozamiento entre las piezas del motor o por dispositivos auxiliares, como ser, la refrigeración, lubricación, etc. • Rendimiento efectivo (η ef): es la relación entre la potencia en el eje y la térmica. 67.19-Máquinas Alternativas Ciclos termodinámicos 2 • Rendimiento mecánico (η m): es la relación entre las potencias efectivas y la indicada. i ef mec N N = η • Presión media efectiva (pme): presión constante que, en un ciclo, nos da el trabajo efectivo. • Consumo específico (g ef): consumo horario de combustible en relación a la potencia producida. ef f ef N m g & = Parámetros indicados: se refieren a lo que sucede en el cilindro. El diagrama indicado representa la evolución de la presión instantánea en la cámara, en función del volumen del cilindro. • Trabajo indicado (W i): es la integral del lazo de alta presión entre la admisión y el escape. ∫ = esc adm PMS PMI i dv. p W • Potencia indicada (N i): es el trabajo indicado por unidad de tiempo. • Rendimiento indicado (η i): relación entre la potencia desarrollada por el motor y la potencia térmica del combustible. PCI. m N f i i & = η • Presión media indicada (pmi): representa la presión constante que evaluada en el volumen del cilindro define el trabajo neto del ciclo. Cuanto mayor es, mayor es la potencia que entrega el motor. Depende de la cantidad de combustible. Ciclo Otto Los motores de encendido por chispa o encendido provocado (MEP), poseen el ciclo Otto. En estos la combustión se debe a una chispa de origen eléctrico que enciende la mezcla a un volumen constante. Se alimentan y regulan de dos maneras: • Carburación: quema el combustible líquido y aplica una corriente de aire que lo evapora y conduce al motor. Se regulan mediante la mariposa. • Inyección: se inserta el combustible a presión dentro del cilindro o en el colector de admisión, permitiendo contar con la misma cantidad de combustible en todos los cilindros. La regulación es mediante la relación aire-combustible.

es el fundador de la Termodinámica como disciplina teórica, escribió su trabajo cumbre a los 23 años. Este escrito estuvo desconocido durante 25 años hasta que el físico ingles William Thomson alias Lord Kelvin redescubriera la importancia de las propuestas contenidas en él. Llamó la atención de Carnot el hecho de que no existieran teorías que avalaran las propuestas utilizadas en el diseño de las máquinas de vapor y que todo ello dependiera de procedimientos enteramente empíricos. Para resolver la cuestión propuso que se estudiara todo el procedimiento desde el punto de vista más general, sin hacer referencia a un motor, máquina o fluido en especial.

(Se supone que el alumno debería ser capaz de resolverlos ejercicios 1,2, 3 y 4 al inicio del tema) 1.1. Uno de los componentes del humo del tabaco es el agente cancerígeno llamado Benzo(α) pireno. a) Calcule la entalpía de formación del Benzo(α) pireno (C 20 H 12 ) sabiendo que las entalpías de formación del dióxido de carbono y del agua son respectivamente: -393 y -242 kJ mol -1 y que la entalpia de combustión del Benzo(α) pireno es -12.535 kJ mol -1 . b) Si al fumar una caja de cigarrillos, se forman 0,2 g de Benzo(α) pireno ¿Qué cantidad de energía se consume en este proceso? hexoquinasa