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Termodinámica técnica

La Termodinámica (del griego θερμo-) termo, que significa "calor" y (δύναμις) dinámico, que significa "fuerza" es una rama de la física que estudia el efecto de los cambios de temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a nivel macroscópico. 

El calor es una forma de energía en tránsito, y el concepto dinámico implica movimiento, por lo que, en esencia, la Termodinámica técnica estudia los flujos de energía y la forma en que ésta se transforma en movimiento..

  

01 Sistemas termodinámicos 
Introducción a la Termodinámica.- Sistemas macroscópicos
Ecuaciones de estado
Superficies de estado
Coeficientes de dilatación, piezotérmico y compresibilidad
Ecuación de estado de un gas perfecto
Expresiones matemáticas que definen un gas perfecto
Relación entre la unidad de masa y el mol.- Leyes de Dalton y Amagat

 

 

  

02 Gases reales 
Concepto de gas real
Ecuaciones de estado de los gases reales
Fluidos condensables
Proyecciones de la superficie (p,v,T).- Diagramas de fases
Factor de compresibilidad
Curva y temperatura de Boyle
Otras ecuaciones del comportamiento de los gases reales
Aplicación de la ecuación del virial.- Ecuaciones cuadradas
Ecuaciones de estado cúbicas
Correlaciones generalizadas para gases
Técnicas de iteración
Factor acéntrico
Método gráfico
Método analítico
Correlaciones generalizadas para líquidos

 

 

  

03 Calor y trabajo 
Naturaleza física del calor.
Capacidad calorífica y Calor específico
Calores específicos de los gases
Trabajo de expansión de un gas; casos particulares
Trabajo de expansión en sistemas gaseosos; transformaciones reversibles e irreversibles
El calor de reacción estándar
El calor de formación estándar
El calor de combustión estándar

 

 

  

04 Primer Principio de la Termodinámica 
El Primer Principio y los sistemas cerrados
Balance de energía de un sistema estacionario
Ecuaciones energéticas de un sistema
Coeficientes calorimétricos de un sistema homogéneo
Transformaciones adiabáticas
Teorema de Reech
Transformaciones politrópicas; índice de politropía
Transformaciones a volumen constante
Transformaciones a presión constante; concepto de entalpía
Transformaciones isotérmicas
Trabajo de rozamiento

 

 

  

05 Aplicaciones del Primer Principio a sistemas abiertos
Energía de una corriente fluida
Energía almacenada en un sistema abierto
Balance energético de un sistema aislado
Ecuación energética de un fluido en régimen estacionario
Procesos de calentamiento y enfriamiento
Procesos en tubos aislados, toberas y difusores
Turbinas y compresores
Efecto Joule Kelvin; líneas isoentálpicas y curva de inversión
Ecuación de Bernoulli
Formulación de Saint.-Venant
Formulación de Torricelli
Formulación de Navier para expansión isoterma
Formulación de Weisbach y Grashoff
Formulación de Zeuner
Flujos no estacionarios

  
06 Segundo Principio de la Termodinámica
Transformaciones monotermas
Transformaciones cíclicas con dos fuentes térmicas
Ciclo de Carnot
Función entropía.- Teorema de Clausius
Variación de la entropía en procesos reversibles
Entropía de una mezcla de gases ideales
Diagrama entrópico; aplicaciones
Ciclo de Carnot en el diagrama entrópico
Aprovechamiento de un salto térmico; ciclos con irreversibilidades térmicas externas; ciclo de Carnot
Energía utilizable en las transformaciones cíclicas
Ciclos con irreversibilidades internas

  
07 Leyes del equilibrio de las transformaciones reales
Sistemas térmicamente aislados
Sistemas a temperatura y volumen constantes
Sistemas a presión y temperatura constantes
Trabajo técnico
Ecuaciones de Maxwell
Potencial químico
Ecuación de Clausius.-Clapeyron
Cambios de fase de Primer Orden
Cambios de fase de Segundo Orden; ecuaciones de Ehrenfest
Aplicaciones conjuntas de los dos Primeros Principios Termodinámicos
  
08 Rendimiento y exergía
Rendimiento
Coeficiente de calidad, rendimiento mecánico y total
Determinación del coeficiente de calidad mediante el diagrama entrópico
Potencia indicada, potencia útil, consumo de combustible y coste de la energía producida
Concepto de Exergía
Concepto de medio ambiente
Concepto de estado muerto
Cálculo de la exergía
Balance de exergía para sistemas cerrados
Transferencia de exergía
Exergía de flujo
Balance de exergía en un volumen de control
Eficiencia exergética en turbinas
Eficiencia exergética en bombas y compresores
Eficiencia exergética en intercambiadores de calor de superficie
Eficiencia exergética en intercambiadores de calor de mezcla
Ejemplos

  
09 Flujo compresible
Relaciones entre el coeficiente adiabático y la velocidad del sonido en un fluido compresible
Formulación de Hugoniot
Derrame por toberas
Condiciones críticas
Estudio de una corriente fluida en una tobera Laval
Perfil de una tobera por el método gráfico de Kolb
Flujo isoentrópico de un gas perfecto
Onda de choque normal
Onda de choque normal en conductos
Líneas de Rayleigh y Fanno
Otras expresiones de las líneas de Rayleigh y Fanno, en coordenadas (i-s)
Línea de Fanno
Línea de Rayleigh
Flujo adiabático en conductos de sección constante, con rozamiento
Bloqueo debido a la fricción
Flujo sin rozamiento por el interior de conductos con transferencia de calor
Flujo isotermo permanente en tuberías largas
Tablas de Rayleigh y Fanno

  
10 Ciclos de máquinas térmicas que funcionan con gas
Ciclo de Carnot
Ciclos de igual rendimiento al de Carnot
Ciclo Stirling
Ciclo Ericsson
Ciclos de turbinas de gas
Turbina de combustión interna; ciclo de Atkinson
Turbina de combustión interna; ciclo Brayton
Ciclo Otto.-Beau de Rochas de aire estándar
Motor de 2 tiempos
Trabajo de compresión
Trabajo de expansión
Par motor
Temperatura y presión alcanzados por la combustión
Ciclo Diesel de aire estándar
Ciclo Semidiesel.-Sabathe
Anexo.- Gasolinas

  

11 Propiedades termodinámicas del vapor de agua
Estudio de los fluidos condensables
Estudio calorimétrico del vapor de agua
Diagrama de Izart
Diagrama de Mollier

  

12 Ciclos de máquinas térmicas
Ciclo de Carnot
Ciclo Rankine; irreversibilidades
Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y recalentamiento
Ciclos de regeneración
Temperaturas óptimas de extracción
Ciclos binarios
Expansión en cilindros de trabajo
Ciclos Compound

  
13 Ciclos de refrigeración
Técnicas y sistemas de producción de frío
Coeficientes de efecto frigorífico
Máquinas frigoríficas de aire; ciclo teórico
Ciclos reales
Ciclo de gas con regenerador
Ciclo de Carnot de un fluido condensable
Máquinas frigoríficas de fluidos condensables.- Ciclos con expansión isentálpica
Compresión en régimen húmedo
Compresión en régimen seco
Sistemas de multicompresión con refrigeración intermedia
Compresión múltiple directa
Formas de obtener el enfriamiento intermedio
Refrigeración intermedia exterior
Inyección parcial de fluido frigorígeno
Inyección directa de fluido frigorígeno
Sistemas de doble compresión y expansión con enfriador intermedio y separador de líquido
Enfriador intermedio de tipo cerrado con ciclo de inyección parcial
Enfriador intermedio de tipo abierto con ciclo de inyección total
Compresores
Sistemas de compresión múltiple indirecta; refrigeración en cascada
Expansión múltiple
Compresión simple
Compresión doble directa
Ciclos con doble laminación; separador de líquido y refrigeración exterior
Ciclo con doble laminación y barboteo y refrigeración exterior
Principio de funcionamiento de la bomba de calor
Producción simultánea de frúío y de calor
Bomba de calor asistida por colectores solares
Máquinas frigoríficas de eyector
Frigoríficos de absorción
Frigorífico Servel.-Electrolux
Refrigeración solar por absorción
Bomba de calor por absorción
  
14 Criogenia
El fenómeno de la estrangulación
Curvas y coeficiente de inversión
Determinación del calor específico a presión constante de un gas
Aplicación del efecto Joule.-Kelvin a la ecuación de Van der Waals
Licuación de gases
Licuación del aire por el método Linde
Proceso Linde con presión intermedia supercrítica
Proceso Linde con presión intermedia subcrítica
Licuación por el método Claude
ANEXO - Tratamiento industrial del aire (Antecedentes históricos)
El aire
Efecto Joule-Thomson
Expansión con trabajo esterior
Fundamentos y técnica de la destilación
Instalaciones industriales
Procedimiento Hampson
Procedimiento Linde
Procedimiento Claude
Procedimiento Heyland
Procedimiento Fraenkl
Separación de oxígeno y nitrógeno por vía química
Gases nobles

  
15 Ciclos de aire acondicionado
Condiciones de ventilación
Aire húmedo
Punto de rocío
Humedad relativa
Tablas de propiedades termodinámicas del aire
Humedad específica
Grado de saturación
Entalpía del aire
Entalpía del aire húmedo y del aire seco
Entalpía del aire por debajo del punto de rocío, y del punto de congelación
Peso del aire seco y del aire húmedo
Psicrómetros
Diagrama de Mollier del aire húmedo
Mezcla de una corriente de aire y otra de agua pulverizada en régimen permanente
Proceso de saturación adiabática
Mezcla adiabática
Transformaciones del aire húmedo
Procesos de acondicionamiento de aire
Carga térmica de un local
Calentamiento y refrigeración del aire sin variación de la humedad específica
Enfriamiento con deshumidificación
Deshumidificación con calentamiento
Enfriamiento por evaporación
Calentamiento con humidificación
Torres de enfriamiento
Equipos de aire acondicionado
Instalaciones de aire acondicionado
Cálculo de instalaciones
Acondicionamiento de aire en invierno sin recirculación
Acondicionamiento de aire en invierno con recirculación
Acondicionamiento de aire en verano sin recirculación
Acondicionamiento de aire en verano con recirculación

  
16 Combustión
Balances de materia en las combustiones completas; reacciones químicas
Características de los combustibles
Calores de reacción y potencia calorífica
Combustión estequiométrica
Cálculo del poder comburívoro
Volumen de aire mínimo por Kg de combustible
Cálculo del poder fumígeno
Formulación empírica
Combustión con exceso o con defecto de aire
Coeficiente de exceso de aire
Volumen total de los gases de combustión
Diagrama de Ostwald
Estudio de las isolíneas del Diagrama de Ostwald
Utilización del diagrama de Ostwald
Construcción del diagrama de Ostwald
Anexo, Problemas

  

Tablas de propiedades termodinámicas y bibliografía

Constantes termodinámicas del vapor de agua húmedo y recalentado (temperaturas, presiones, volumen, entalpía, entropía). Propiedades termodinámicas del refrigerante Freón 12 y 22 (Vapor húmedo y recalentado). Constantes termodinámicas del dióxido de azufre, del vapor de mercurio, del vapor de amoniaco y del dióxido de carbono. Diagrama de Izart del vapor de agua. Diagrama de Mollier del vapor de agua. Diagrama T-W del aire. Diagrama psicrométrico del aire. Diagrama T-S del amoniaco. Diagrama T-S del dióxido de Carbono. Diagrama P-I del dióxido de Carbono. Diagrama P-I del refrigerante 134A. Diagrama P-I del Freón 12 y 22. 

  

18 Indice 

 

 

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