Necesidad educativa del blog

La energía es uno de los requerimientos imprescindibles para el desarrollo de la sociedad. En la actualidad, la energía que se usa en los procesos industriales proviene principalmente de la combustión de recursos fósiles, recursos no renovables, y viene acompañada de la producción de compuestos que afectan el medio ambiente causando problemas de contaminación, sobrecalentamiento del planeta y agotamiento de la capa de ozono entre otros.

Los ingenieros en su formación requieren dominar los fundamentos conceptuales, procedimentales y metodológicos de la termodinámica, lo que les permite aportar en la solución de problemas de ineficiencia en el uso de la energía y proponer nuevos procesos y sistemas para lograr un aprovechamiento óptimo del recurso. El aprendizaje de la termodinámica siempre se ha considerado de alto grado de dificultad, por la complejidad de los fenómenos que involucra, además, que requiere del contacto directo de los estudiantes con los equipos o los sistemas de producción, conducción o aprovechamiento de energía para su mejor comprensión, condición que en ocasiones es difícil de lograr en un aula tradicional y sin el apoyo de medios y recursos didácticos adecuados.

Propósito del Edublog

Este edublog busca brindar a los estudiantes un conjunto de recursos, enlaces y actividades para introducirlos de un modo sencillo y práctico en el estudio de la termodinámica y sus bases conceptuales, la energía en sus diferentes formas, el intercambio de energía regido por la ley de la conservación, la entropía como una propiedad que mide la calidad de la energía transformada etc., Al final, el estudiante estará en capacidad de:

Resolver problemas de balance de energía en sistemas cerrados y abiertos, proponer soluciones para el aprovechamiento óptimo de la energía en diversas aplicaciones industriales y determinar la producción de contaminantes y su posible solución.

Revisión de conceptos previos. Autoevaluación.

Se deben revisar conceptos previos para asegurar una buena asimilación de los nuevos contenidos de la termodinámica, desarrollados en este blog. El diagnóstico servirá para identificar debilidades conceptuales y corregirlas. Los temas que se consideran deben ser de dominio previo de los estudiantes son:

1. La presión y las fuerzas en los fluidos.


2. El trabajo y la energía.


3. la transferencia de la energía.

Estos temas están enlazados a una página donde hay un cuestionario por cada tema y al final se hace la corrección respectiva.

Estrategias de búsqueda avanzada

Es imprescindible aprender a buscar información en la internet. “… es necesario abrir muchas ostras para hallar una perla” (Tomado de: www.scribd.com/doc/7282185/Busqueda-Avanzada-en-Google - 86k -el 20 de marzo de 2009). Se disponen de algunos recursos para las búsquedas avanzadas:

1. Manuales y tutoriales.


2. Pregúntele a Ariel

Desarrollo de contenidos

1. Generalidades.

La termodinámica, la ciencia del aprovechamiento de la energía. Como ciencia, la termodinámica estudia las relaciones de energía que se presentan entre un sistema y sus alrededores.

Sistemas termodinámicos. Determinan la naturaleza sometida a estudio. Pueden ser: cerrados, abiertos y adiabáticos.

Las sustancias de trabajo que se utilizan en los sistemas termodinámicos pueden ser gaseosas, líquidas y sólidas y se caracterizan por propiedades del tipo intensivas o extensivas, cuyos cambios están determinados por las relaciones de energía entre el sistema y su entorno.

El calor específico Cp es una propiedad termodinámica de las sustancias puras o mezclas, de carácter intensivo, la cual determina la cantidad de energía que se necesita suministrar por gramo de sustancia para elevar su temperatura un grado Kelvin. Por consiguiente, las unidades del calor específico en el Sistema Internacional SI son J/g.K. La capacidad calorífica es una propiedad extensiva, lo que determina que su valor numérico depende de la masa de la sustancia utilizada. Tanto el calor específico como la capacidad calórica permiten determinar la cantidad de energía térmica o calor que entra o que sale del sistema a los alrededores bajo condiciones de cambios de temperatura.

Las propiedades termodinámicas de las sustancias están definidas por el estado del sistema, generalmente son medibles mediante manifesticiones macróscopicas del comportameinto de las sustancias, por ejemplo, la temperatura, la presión, el volúmen y la masa. Las mediciones de otras propiedades de las sustancias requieren de métodos más específicos, entre los cuales están los microscópicos e incluso los métodos matemáticos y estadísticos. Las mediciones de las propiedades de las sustancias se expresan en términos de patrones de unidades, definidos inicialmente por regiones, como el sistema inglés, y luego internacionalmente como el SI para unificar y generalizar la forma de identificar las propiedades de las sustancias. Entre estos patrones es posible hacer comparaciones y equivalencias mediante el uso de factores de conversión de unidades.

Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia y en su medición no interviene el tamaño, la extensión ni la longitud. Debido a su invariabilidad con la extensión del sistema, se relacionan directamente con el estado de las sustancias. Son ejemplos, la presión, la temperatura, la densidad, el calor específico, etc.

Las propiedades de las sustancias puras han sido investigadas y correlacionadas por una gran variedad de empresas y organizaciones y en la actualidad se disponen de software libre e información en la red con alto grado de confiabilidad. La forma más simple para trabajar las propiedades de las sustancias puras, cuando ellas forman parte de aplicaciones industriales, donde incluso, se presentan posibles cambios de fase durante los procesos, son las tablas de vapor.

Los Diagramas de fase de las sustancias puras. Son representaciones bidimensionales o tridimensionales de los estados y de las fases que se presentan en las sustancias puras, bajo condiciones de equilibrio y en función de propiedades termodinámicas mensurables, como la temperatura, el volumen y la presión.

Diagrama presión - volumen

En el diagrama P-V ilustrado en la figura se distinguen regiones monofásicas y bifásicas de mezclas sólido - líquido, líquido - vapor y sólido – gas. Las regiones bifásicas separan las zonas monofásicas y en ellas se presentan cambios de fase: fusión, vaporización y sublimación. Las líneas de separación de una zona monofásica de una difásica representan los estados de saturación. Por ejemplo, en el diagrama P–V, la línea de separación entre la región líquida y la región líquido – vapor (región húmeda) se conoce como la línea de líquido saturado, la línea de separación entre la región del vapor y la región húmeda se conoce como línea de vapor saturado. Las líneas de líquido saturado y vapor saturado se juntan en el punto crítico, por encima del cual se confunden las fases: líquida y vapor. La temperatura correspondiente a este punto, llamada temperatura crítica es aquella por encima de la cual no es posible condensar el vapor, independiente de la presión que se ejerza sobre él. El punto crítico es característico de cada sustancia y cuando esta se encuentra bajo una presión superior a la crítica se dice que se haya en estado supercrítico.

Diagrama presión - temperatura

El diagrama P-T, o diagrama de presión – temperatura, ilustrado en la figura representa los cambios de fase que ocurren en las sustancias con cambios en la temperatura y en la presión. Cada sustancia tiene su propio diagrama de fase, el cual describe solamente sistemas en equilibrio y son obtenidos de valoraciones experimentales. La curva TC del diagrama corresponde a la línea de saturación líquido - vapor o curva de vaporización, representa la curva de presión de vapor del líquido; inicia en el punto triple y termina en el punto crítico C. Cualquier punto sobre esta línea describe un conjunto de condiciones de temperatura y presión bajo las cuales el líquido y el vapor pueden existir en equilibrio, condiciones conocidas como temperatura de saturación o presión de saturación. La extensión TA es la curva para el líquido sobreenfriado, los sistemas líquido vapor que se describen con esta curva son metastable o sea inestables.

La curva BT llamada curva de sublimación es la curva de presión de vapor para el sólido y representa un conjunto de puntos que describen las condiciones posibles de temperatura y presión para el equilibrio sólido – vapor. La línea DT llamada línea de fusión representa las condiciones para el equilibrio sólido - líquido. Este diagrama representa las condiciones de presión y de temperatura bajo las cuales una sustancia puede existir como sólido, líquido, vapor o como mezclas de fases y permite evaluar las condiciones bajo las cuales se producen cambios de fase en el sistema.

Los puntos X, Y, L del diagrama representan vapor saturado, vapor sobrecalentado y líquido comprimido respectivamente. El punto X está sobre la línea de equilibrio líquido - vapor, mientras que el punto Y esta por debajo de esta línea, luego la sustancia se halla a una temperatura mayor a la temperatura de saturación correspondiente a su presión. El punto L se halla a una presión mayor que la que tendría bajo condiciones de saturación.