Conceptos Clave de Termodinámica

Calentamiento y Enfriamiento Sensible

Calentamiento sensible: es el proceso mediante el cual un sistema absorbe calor (Q) y experimenta un cambio de temperatura (ΔT) sin que ocurra un cambio de fase o estado físico en el sistema. Este proceso se describe mediante la siguiente relación:

Enfriamiento sensible: es el proceso en el que un sistema libera calor (Q) y su temperatura disminuye (ΔT).

Enfriamiento con Deshumidificación y Adición de Vapor

Enfriamiento con deshumidificación: es un proceso termodinámico en el que el aire húmedo se enfría para reducir su temperatura y, al mismo tiempo, se elimina parte de su contenido de vapor de agua. Este proceso combina enfriamiento sensible y enfriamiento latente debido a la condensación del vapor de agua.

Adición de vapor: es un proceso en el que se introduce vapor de agua a una corriente de aire seco o aire húmedo, lo que incrementa su contenido de humedad (humedad específica o razón de mezcla) y, en muchos casos, su temperatura.

Inyección de Agua Líquida y Enfriamiento Evaporativo

Inyección de agua líquida: es un proceso en el que se introduce agua en estado líquido en una corriente de aire seco o aire húmedo. (misma fórmula arriba)

Enfriamiento evaporativo: El enfriamiento evaporativo es un proceso termodinámico en el que un líquido (generalmente agua) se evapora en una corriente de aire, absorbiendo calor del aire circundante y reduciendo así su temperatura.

Cálculo de la Humedad Específica del Aire Húmedo

Demostrar la expresión para calcular la humedad específica del aire húmedo w partiendo de su definición y utilizando la ley de los gases ideales.

Determinación Analítica de la Humedad Específica

Dadas las temperaturas de bulbo seco T_bs y bulbo húmedo T_bh de un aire húmedo, explicar cómo se determinaría analíticamente la humedad específica w de dicho aire.

• Se puede determinar a través del concepto de saturador adiabático. Conocida la w’, w se puede calcular despejando a través del 1^er principio de la termodinámica aplicado al saturador adiabático.

Fórmula:

La entalpía las entalpías las calculamos con las tablas. La incógnita es w.

Diagramas

Combustión: Conceptos y Definiciones

Definir la entalpía de combustión, poder calorífico superior y poder calorífico inferior de un combustible

• Entalpía de combustión: Diferencias de entalpías entre productos y reactivos durante un proceso de combustión completa a T y P dadas.
• Poder calorífico superior (PCS): se obtiene cuando se considera que toda la cantidad de agua formada en la combustión es líquida.
• Poder calorífico inferior (PCI): Se obtiene cuando se considera que toda la cantidad de agua formada por la combustión es gaseosa.
• Dosado relativo: es el cociente entre la relación combustible-aire real y la relación combustible-aire estequiométrico.

• Entalpía de formación: La entalpía de formación es la energía liberada o absorbida cuando un compuesto se forma a partir de sus elementos y tanto el compuesto como los elementos están a T_ref y p_ref.

• Poder comburívoro: cantidad de aire seco medido en condiciones normales (T=0ºC y P=1 atm), mínima necesaria para la combustión completa y estequiometria de una unidad de combustible.

• Poder fumígeno: cantidad de productos de combustión para una combustión neutra.

• Límite de inflamabilidad: porcentaje de combustible en la mezcla para asegurar la combustión.

• Temperatura de inflamación: máxima temperatura a la que puede calentarse un combustible sin riesgo de incendio.
• Temperatura de ignición: mínima temperatura con la que la llama originada es persistente y duradera.

Temperatura Adiabática de Llama

Definir temperatura adiabática de llama y su ecuación a través de la cual se puede obtener si el combustible se quema en un sistema abierto.

Es la temperatura máxima que puede alcanzar una llama cuando un combustible se quema de manera completa en un proceso adiabático, es decir, sin pérdida ni ganancia de calor con el entorno. En sistemas abiertos, esta temperatura se calcula considerando la entalpía de los productos y reactivos:

Modelos de Mezclas de Gases

El modelo de Dalton se refiere a la descripción de una mezcla de gases. Según John Dalton, la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales que cada gas ejercería si estuviera solo en el mismo volumen y temperatura.

Este modelo supone que los gases no interactúan entre sí y se comportan idealmente.

El modelo de Amagat describe el comportamiento de una mezcla de gases en términos de volúmenes parciales. Según este modelo, el volumen total de una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes parciales que ocuparía cada gas si estuviera solo a la misma presión y temperatura de la mezcla:

Este modelo supone que las moléculas de gases interaccionan.

La ley de Dalton-Gibbs describe el comportamiento energético de una mezcla de gases ideales. Establece que la energía interna (U) y la entalpía (H) totales de una mezcla son la suma de las contribuciones de cada componente, suponiendo que los gases no interactúan:

Esto implica que la energía interna y la entalpía son aditivas en mezclas ideales, es decir, cada componente contribuye de forma independiente según sus propiedades específicas y su cantidad en la mezcla.