Termodinamica en Agroindustria

ASIGNATURA: TERMODINÁMICA CARRERA: Ingeniería Agro-industrial Objetivos generales. •

• •

Estableer la e!istenia de la la euai"n #unda$ental de un siste$a% la ual ontiene ontiene una desri&i"n ter$odin'$ia o$&leta del $is$o( Estableer la $etodología de an'lisis ter$odin'$io( A&liar la ter$odin'$ia )uí$ia * los #en"$enos #isio)uí$ios% &ro*et'ndolos +aia su a&liai"n industrial(

Unidad I: Indroducción a la Termodinámica. Termodinámica. Objetivos específicos. • •

• • •

De#inir Ter$odin'$ia Ter$odin'$ia * su a&liai"n en la Agroindustria de Niaragua( E!&liar la di#erenia entre la ter$odin'$ia desde el &unto de ,ista $aros"&io * $iros"&io( De#inir siste$a abierto% siste$a errado * siste$a aislado( Analiar di#erenias entre &ro&iedades intensi,as% e!tensi,as% es&eí#ias * $olares( A#ianar los onoi$ientos sobre los Siste$as de Unidades Internaional e Ingl.s(

Contenidos temáticos. Defnición de Termodinámica. /a ter$odin'$ia es una ienia e!&eri$ental% la ual se desarroll" a &artir de traba0os realiados &or ientí#ios e ingenieros ingenieros tales o$o: 1o*le% Ru$#ord% 2oule% 3el,in% Carnot% 4a+ren+eit% Clausius% Ran5ine% 1ra*ton% T+o$&son% 6att7 6att7 &or $enionar algunos( Es +asta el siglo dieinue,e )ue ad)uiere ar'ter de ienia( Atual$ente% &ode$os de#inir la ter$odin'$ia de una $anera senilla o$o: la rama de la Física que estudia las relaciones entre el calor y las demás formas de energía.

Importancia de la termodinámica en la Agroindustria. Todos los &roesos &ara &roduir industrial$ente los &rodutos agríolas in,oluran un o$&le0o de e)ui&os )ue #unionan a base de intera$bios de energía en #or$a de alor% tales o$o: $ar$itas% autola,es% alderas% alderas% +ornos% alentadores% en#riadores% et78 ta$bi.n% e)ui&os )ue trans#ieren energía en #or$a de traba0o o$o turbinas%  bo$bas * o$&resores(

Cada uno de estos e)ui&os &uede ser analiado% en uanto al intera$bio energ.tio% on los $.todos * &rini&ios de la Ter$odin'$ia( /a o$&rensi"n aera de las #or$as en )ue se trans#iere energía * &oder uanti#iar esas trans#erenias energ.tias son asuntos )ue o$&eten a la ter$odin'$ia8 es allí donde esta ienia obra su $a*or  i$&ortania% &ues en toda industria es &reiso &oder uanti#iar la energía re)uerida  &ara un &roeso ual)uiera * on ello esti$ar el ta$a9o de los e)ui&os a utiliar8 esto ta$bi.n &ro&oriona una base &ara el 'lulo de los ostos )ue onlle,a el &roduir artíulos de esta naturalea(

Puntos de vista macroscópico y microscópico de la Termodinámica. En ingeniería se trata% en general% on siste$as )ue &ueden ser desritos * analiados en uanto a las trans#or$aiones * trans#erenias de energía &or $edio de unas uantas  &ro&iedades $aros"&ias tales o$o la &resi"n% la te$&eratura% la densidad% et7 Estas antidades son el resultado &ro$edio global del $o,i$iento de las $ol.ulas onstitu*entes de la $ateria% la ual ba0o este en#o)ue se onsidera o$o ontinua( Este  &unto de ,ista es el )ue orres&onde a la termodinámica clásica o ingeniería termodinámica.

or otra &arte% uando el estudio de un siste$a re)uiere analiar el o$&orta$iento ;indi,idual< de las &artíulas onstitu*entes de la $ateria es neesario entones reurrir a los $.todos de la termodinámica estadística% la ual se basa en la teoría cinética molecular.

En este urso% la $anera en )ue desribire$os el o$&orta$iento de un siste$a es on el &unto de ,ista $aros"&io de la ter$odin'$ia l'sia( or e0e$&lo8 al onsiderar la &resi"n )ue un gas e0ere en su rei&iente% no nos onierne atender a la ai"n indi,idual de las $ol.ulas% sino la #uera e0erida en un 'rea dada% en un tie$&o  &ro$edio% la ual &uede $edirse on un $an"$etro( En ,ista de este en#o)ue tratare$os la sustania o$o ontinua% &ero debe$os tener &resente sí% )ue el one&to del ;ontinuo< &ierde ,alide uando el a$ino libre de las $ol.ulas en su reorrido es o$&arable a las di$ensiones del rei&iente tal o$o suede% &or e0e$&lo% en la tenología del alto ,aío(

Sistemas termodinámicos. El t.r$ino sistema se re#iere a una antidad de $ateria de#inida% li$itada &or alguna su&er#iie errada( /a su&er#iie &uede ser real =o$o la de un tan)ue )ue ontenga o!ígeno o$&ri$ido>% o &uede ser i$aginaria o$o el lí$ite de ierta $asa de lí)uido )ue irula a lo largo de una tubería% u*o &roeso se sigue $ental$ente( ?a* tres ti&os de siste$as ter$odin'$ios:

Sistema aislado. Se lla$a así a un siste$a )ue no intera$bia ni sustania ni energía on el resto del uni,erso( Es deir% un siste$a aislado no reibe in#luenia alguna del e!terior =ni energía ni $asa ruan los lí$ites del siste$a>( Sistema cerrado. Es a)uel )ue &uede intera$biar energía en #or$a de alor o traba0o on el $edio%  &ero no #lu*e $asa a tra,.s de sus lí$ites( Sistema abierto o volumen de control. Es a)uel siste$a a&a de intera$biar tanto energía o$o sustania on el $edio )ue lo rodea(

Propiedades termodinámicas. Una &ro&iedad es una $agnitud $esurable )ue sir,e &ara desribir un siste$a( Así &or e0e$&lo% son &ro&iedades la &resi"n% la te$&eratura% el ,olu$en es&eí#io% et7 /as &ro&iedades de#inen el estado de un siste$a * tienen un solo ,alor de#inido &ara un estado dado% &or eso una &ro&iedad &uede de#inirse o$o una antidad )ue de&ende del estado del siste$a * es inde&endiente de la tra*etoria &or la ual el siste$a lleg" a ese estado( /as &ro&iedades de una sustania &ueden di,idirse en uatro lases generales:

Intensivas. Son las &ro&iedades )ue no de&enden de la $asa% tales o$o: la &resi"n% la te$&eratura% la densidad( Extensivas. @arían direta$ente on la $asa: el ,olu$en% la $asa% la energía in.tia% la antidad de $o,i$iento% et7 Específcas. Si una &ro&iedad e!tensi,a se di,ide &or la $asa% se obtiene una &ro&iedad )ue no de&ende de la antidad de $asa% * se deno$ina es&eí#ia( Co$o e0e$&lo% el ,olu$en es&eí#io% el ual se de#ine o$o el ,olu$en &or unidad de $asa( olares. Si un &ro&iedad e!tensi,a se di,ide &or el n$ero de $oles de sustania% se obtiene una &ro&iedad es&eí#ia $olar8 &or e0e$&lo% el ,olu$en es&eí#io $olar(

Sistemas de unidades. /a tendenia en el $undo es )ue todos los &aíses utilien un solo siste$a de unidades lla$ado Sistema Internacional =SI>% sin e$bargo an se utilian unidades del siste$a ingl.s =SU>% * es &or ello )ue +are$os% en nuestro estudio de la ter$odin'$ia% uso ta$bi.n de este siste$a(

El Sistema Internacional !SI". En este siste$a +a* siete unidades #unda$entales: el $etro = longitud>% el 5ilogra$o =$asa>% el segundo =tie$&o>% el 5el,in =te$&eratura>% el $ol =antidad de sustania>% el a$&ere =intensidad de orriente el.tria> * la andela =intensidad lu$inosa>( En ter$odin'$ia usare$os on #reuenia las &ri$eras ino( Todas las de$'s unidades se deri,an de .stas siete( or e0e$&lo% la unidad de #uera% el neBton% se deri,a &or $edio de la segunda le* de NeBton 4  $(a N  =3g>=$sF> Así% un NeBton se de#ine o$o la #uera )ue a&liada sobre una $asa de  3g% le i$&ri$e a .sta una aelerai"n de  $sF( Se die )ue las unidades del SI #or$an un siste$a absoluto de unidades% &ues al esoger la $asa o$o unidad #unda$ental las $ediiones son inde&endientes de la loaliai"n donde se realien( ueden usarse en ual)uier &arte sobre la Tierra o en ual)uier otro &laneta( Sie$&re tienen el $is$o signi#iado( El Sistema In#l$s !SU de %Standar Units&". En este siste$a% la #uera% u*a unidad es la libra =lb>% es una de las unidades #unda$entales * la unidad de $asa% el slug  =del ingl.s sluggish, lento>% se deri,a &or  $edio de la segunda le* de NeBton:  lb  = slug>= &iesF> De donde:  slug   lb(sF&ie Así% un slug% es la $asa )ue ad)uiere una aelerai"n de  &iesF ba0o la ai"n de un #uera de  lb( En Estados Unidos * otros &aíses )ue an usan unidades inglesas% es $'s o$n usar o$o unidad de $asa la libra estándar =o libra-$asa% abre,iado lb$>% la ual se de#ine o$o (HJKFHJ 3g * es la $asa de un est'ndar de &latino )ue se guarda en el  National 1ureau o# Standars en 6as+ington( /a libra =#uera> se de#ine entones o$o el &eso de ese est'ndar de &latino( Co$o el &eso de un uer&o de&ende de la atrai"n gra,itaional de la Tierra% se es&ei#ia )ue la libra est'ndar debe ser oloada a ni,el del $ar * a una latitud de HL &ara de#inir orreta$ente una #uera de una libra(