INTRODUCCIÓN A LA TERMODINAMICA

Profesor: Dr. Fernando Salazar

fernando.salazar@ucv.cl

Tel. +56 32-227 4221

Cel. +56 9 94392472

INGENIERÍA EN ALIMENTOS

TERMO ALI231-2011

Todos somos muy ignorantes. Lo que ocurre es que no todos ignoramos las mismas cosas.

Albert Einstein (1879-1955)

Preguntas:

1. Que es la termodinámica?

2. Cual es su importancia en la Ingeniería de Alimentos?

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICARespuestas:

1. La termodinámica es una rama de la física que estudia las relaciones y el

intercambio entre diferentes formas de energía en un sistema macroscópico

(fenómenos relacionados con la energía, calor y trabajo). Ciencia

fenomenológica y experimental

2. Si estudia los fenómenos relacionados con la energía, calor y trabajo,

entonces sus aplicaciones en la Ingeniería de Alimentos es enorme: bases para

comprender, dimensionar y calcular los requerimientos de energía en diferentes

procesos tales como; pasterización, congelación, destilación, evaporación, etc.

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Aplicaciones en Ingeniería Química

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Minería

Meteorología Biología Obra civiles (resistencia de materiales)

AeronáuticaIndustria química

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Considerando que el calor es energía en transito, podemos decir que la

termodinámica es una rama de la física que estudia la circulación de la

energía y la relación entre la energía y el movimiento.

La termodinámica, nos habla de la energía y sus transformaciones en los

sistemas termodinámicos (ST) desde un punto de vista macroscópico.

Sistema termodinámico: es una porción del espacio limitada por una superficie

limite real o imaginaria (frontera), donde se sitúa la materia que queremos

estudiar.

calor fuerzagriego (movimiento)

“Cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, o cualquier región del espacio que

nosotros seleccionamos para ser estudiados, en algunos limites predifinidos”

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Universo

Frontera

ST

Medio externo (ME)

2cmE =

materia

energía

Universo = ST+ME

masa Energía

Ejemplo de sistemas:

1 kg de Fe a 90 °C

Sistema PVT para gases ideales (gases compresibles)

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Fronteras o paredes que separan el ST del medio externo

FronterasMóviles: permiten realizar trabajo

Rígidas: no sufren desplazamiento neto

FronterasPermeable: permiten el paso de materia

Impermeables: no el paso de materia

FronterasDiatérmica: permiten intercambio de calor (conductoras)

Adiabáticas: aislantes

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Estado de un ST: Como actúa un ST con el medio externo

Sistema abierto: intercambio de materia y energía con el ME

Sistema cerrado: intercambio solo de energía pero no de materia con el ME

Sistema aislado: no hay intercambio de materia ni energía

Térmicamente aislado: no hay transferencia de calor, pero si materia

y otro tipo de energía

Mecánicamente aislado: su frontera es rígida y no sufre cambio de

volumen.

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

abierto cerrado aislado

diatérrmica adiabática

Sistema

Termodinámico

Frontera o

pared

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Abierto

diatérmico

? ?

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Propiedades termodinámicas:

Las propiedades termodinámicas serán de carácter macroscópico, como

volumen, presión, temperatura y composición (variables de estado). Se

clasifican en extensivas, e intensivas.

Extensivas: Las propiedades extensivas dependen del tamaño del sistema,

son aditivas (p.e. masa y volumen)

Intensivas: Las propiedades intensivas se pueden definir en cada punto del

sistema, no dependen de su tamaño, y no son aditivas (p.e. densidad, presión

y coeficiente de dilatación).

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Transformaciones reversibles e irreversibles:

Reversible: cuando se realiza mediante una sucesión de estados de equilibrio

del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su entorno al

estado inicial por el mismo camino. Reversibilidad y equilibrio son, por tanto,

equivalentes. Si una transformación no cumple esta condiciones se llama irreversible.

Irreversible: en la realidad, las transformaciones reversibles no existen.

Un proceso reversible es aquel en que se puede hacer que el sistema vuelva

a su estado original, sin variación neta del sistema ni del medio exterior.

1. Quemar un papel

2. La fermentación Láctea

3. La combustión de la gasolina

Ningún proceso de la

naturaleza es reversible

“El trabajo realizado por un sistema durante un proceso reversible es el trabajo máximo que podemos conseguir “

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

The Mechanical Universe

Dr. David L. Goodstein

Professor of Physics and Applied Physics

California Institute of Technology

(626) 395-4319

dg@caltech.edu

http://media.caltech.edu/experts_guide/3285

http://video.google.com/videoplay?docid=7905239912100018608#d

ocid=1670305025113085564

HOMEWORK

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

TAREA 1

1. Definir los siguientes conceptos y relacionarlos con algún fenómeno de la naturaleza.

a. Energía

b. Calor

c. Trabajo

d. Entropía

e. Materia

f. Propiedades termodinamicas (cuales y para que sirven)

g. Estado de equilibrio termodinámico

2. Dar un ejemplo práctico del primer principio o ley de la termodinámica, fundamente

3. Dar un ejemplo práctico de los estados de un sistema termodinámico abierto, cerrado y

aislado con cualquier tipo de frontera o pared (agregar los 2 ejemplos de clase).