Inhenyerong Termodinamika: mga Pundamental at Prinsipyo
Ang pundamental ng engineering thermodynamics ay may mahalagang papel sa pagpunta sa isang mas maayong mundo, sa pamamagitan ng pagpapabuti ng performance ng planta, kagamitan, at ang kanilang pangkalahatang disenyo.
Ang mga factor na kritikal sa pagsusuri ng performance ng kagamitan ay kasama ang output ng final na produkto, konsumo ng input na raw material, production cost, at pagsusuri ng epekto sa kapaligiran. Ang mga inhenyero ngayon ay gumagamit ng konsepto ng thermodynamics upang suriin at muling gawin ang mga bagay na itinutok sa kaligtasan at kaginhawahan ng tao.
Ang agham ng thermodynamics ay umiiral nang simula pa noong ika-19th siglo. Simula noon, ang mga siyentipiko at inhenyero ay patuloy na nagbibigay ng pagsisikap upang gawing mas user-friendly ito.
Fundamentals of Thermodynamics
Ang salitang thermodynamics ay nagmula sa Griyegong salitang theme (nangangahulugang init) at dynamics (nangangahulugang puwersa). Ang mga propesyonal sa inhenyeriya ay interesado sa pag-aaral ng mga sistema at ang kanilang interaksiyon sa kanilang paligid.
Ang mga konsepto o definisyon na ginagamit sa seksyon na ito ay nakakatulong para sa mga mambabasa na maintindihan ang konsepto ng engineering thermodynamics (na kung minsan tinatawag na Heat-Power Engineering)
System, Surrounding and Universe
Ang isang sistema ay ang bagay na gusto nating aralin at interesado, kaya ang unang hakbang ay tiyakin ang layunin ng pag-aaral ng sistema. Ang layunin ng pag-aaral ng sistema ay maaaring ang pagpapabuti ng efisyensiya ng sistema o ang pagbabawas ng pagkawala, atbp. Halimbawa ng Sistema ay ang analisis ng siklo ng pag-refrigerate sa cold storage plant o ang analisis ng Rankine cycle sa power plant.
Isinasalarawan ang isang sistema bilang tiyak na bigat ng malinis na sustansya na may saradong o flexible na surface; gayunpaman, ang komposisyon ng materyal sa loob ng sistema ay maaaring tiyak o variable depende sa cycle.
Ang dimensyon ng sistema ay hindi kinakailangang constant (tulad ng hangin sa isang compressor na pinipigilan ng isang piston) ito ay maaaring variable (tulad ng isang inflated balloon). Ang materyal na nakikipag-ugnayan sa sistema nang panlabas ay tinatawag na Surrounding at ang Universe ay ang resulta ng sistema at surrounding.
Ang elemento na naghihiwalay sa sistema mula sa kanyang paligid ay tinatawag na boundary. Ang boundary ng sistema ay maaaring fixed o in motion.
Ang interaksiyon sa pagitan ng sistema at ang paligid ay nangyayari sa pamamagitan ng pagtawid ng boundary at kaya't may mahalagang papel sa thermodynamics (o heat and power engineering).
Types of System in Thermodynamics
Mayroong dalawang pangunahing uri ng sistema sa thermodynamics:
Closed System or Control Mass: kaugnay sa tiyak na halaga ng man atter. Hindi tulad ng isang open system, sa isang closed system, walang mass flow ng matter na nangyayari sa labas ng boundary ng sistema. Mayroon din isang espesyal na uri ng closed system na hindi nakikipag-ugnayan at nag-iisolate ito mula sa paligid na tinatawag na isolated system.
Control Volume (Open System): Ang control volume ay limitado sa isang rehiyon ng space kung saan ang mass at energy ay maaaring lumipat at tumawid sa boundary ng sistema. Ang boundary ng isang open system ay tinatawag na controlled surface; ang controlled surface na ito ay maaaring aktwal o unreal.
Mga halimbawa ng control volume ay mga kagamitan na may kasamang paglipat ng mass upang tumawid sa boundary ng sistema tulad ng paglipat ng tubig sa pamamagitan ng pumps, steam flow sa turbines, at air flow sa air compressors.
Microscopic Thermodynamics
Ang microscopic approach sa thermodynamics ay tinatawag ding statistical thermodynamics at kaugnay sa estruktura ng matter at ang layunin ng statistical thermodynamics ay ilarawan ang average na behavior ng particle na bumubuo sa sistema ng interes at sa kalaunan, gamitin ang impormasyon na ito upang obserbahan ang macroscopic na behavior ng sistema.
Thermodynamics Property, States and Process
Thermodynamic Property
Ang thermodynamic property ay isang macroscopic na katangian ng isang sistema. Ang halaga ng isang property ay maaaring ibigay sa anumang ibinigay na oras nang walang kaalaman sa dating halaga at kanyang pag-uugali.
Extensive Property
Ang mga properties na dependent sa mass ay tinatawag na extensive properties at ang kanyang halaga para sa buong sistema ay ang summation ng kanyang halaga para sa mga bahagi kung saan hinati ang sistema. Mga halimbawa ng extensive property ay Volume, Energy, at Mass. Ang extensive property ay dependent sa laki ng sistema at ito ay maaaring magbago sa panahon.
Intensive Property
Sa kabaligtaran sa extensive property, ang intensive property ay hindi dependent sa mass at hindi additive sa natura at hindi dependent sa kabuuang laki ng sistema. Ito ay maaaring mag-iba-iba sa iba't ibang lugar sa loob ng sistema sa anumang oras. Mga halimbawa ng intensive property ay pressure at temperature.
Thermodynamic State
Ang state ay inilalarawan bilang ang kondisyon ng isang sistema na pinakamainam na ilarawan ng kanyang properties. Ang mass na nakalibing sa isang sistema ay maaaring makahanap ng iba't ibang unique na kondisyon, tinatawag na state. Mayroong relasyon sa pagitan ng mga properties ng isang sistema ngunit ang state ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng pagbibigay ng halaga ng subset ng mga properties.
Thermodynamic Process
Ang thermodynamic processes ay ang conversion ng isang state sa isa pang state. Kung ang halaga ng macroscopic property ng isang sistema sa dalawang iba't ibang oras ay identiko, ang sistema ay sinasabing nasa parehong state sa oras na iyon. Ang steady state condition ng sistema ay natutupad kung walang alinman sa kanyang properties ang nagbabago sa respeto ng oras.
System Equilibrium Cycle
Ang thermodynamic system equilibrium cycle ay isang sequential process na nagsisimula at natatapos sa kondisyon ng parehong state. Kapag natapos ang cycle, ang lahat ng properties nito ay may parehong halaga na sila noong simula. Ang lahat ng cycles na regular na umuulit ay naglalaro ng mahalagang papel sa maraming area ng aplikasyon, tulad ng pagcirculate ng condensate sa isang thermal power generating station na gumagawa ng cycle.
Working Substance
Ang teorya ng matter ay nakakatulong sa pag-unawa sa konsepto ng energy. Kilala ang matter para sa kanyang mass, volume, at space at independente ng kanyang estruktura at natura, mayroon itong tiyak na katangian tulad ng consistency at reliability. Gawa ang matter mula sa malaking bilang ng particles na tinatawag na molecules. Maaaring makita ang matters ng Solid, liquid, o gas saan-saan.
Sa solid matter, malapit sa bawat isa ang molecules at malakas na nakakabit at hindi maaaring malayang lumipat. Kaya ang malaking puwersa ang kinakailangan upang baguhin ang kanyang hugis.
Hindi malakas na nakakabit ang molecules sa liquid matter at kaya ang napakaliit na puwersa ay sapat na upang panatilihin ang molecules na magkasama.
Sa gaseous state, random at malayang lumilipat ang molecules tulad ng nasa unbound state at kaya mabilis na lumilipat nang walang pakialam sa kanyang adjacent na molecules. Kasama ang compressibility sa gases, may maraming empty spaces sa pagitan ng connecting na molecules. Ang energy ang dahilan kung bakit ang matter ay umiiral sa iba't ibang phases.
Pure Substance
Ang materyal ng solo chemical structure o homogeneity sa variant chemical structure ay kilala bilang pure substances. Maaaring umiral ang materyal sa iisang phase tulad ng liquid o maaari ring umiral sa higit sa isang phase sa equilibrium sa bawat isa. Ang uniform mixture ng gases na may parehong chemical composition ay tinatawag rin bilang pure substance.
Ang kahalagahan ng pure substance ay sa pagtukoy ng properties ng working substance sa iba't ibang kondisyon ng pressure at temperature.
Halimbawa: Tinatalakay nang buo ang pure substance tulad ng tubig sa pamamagitan ng dalawang sovereign intensive properties na tinatawag na pressure at temperature. Iba pang pure substance ay ang hangin sa gaseous state. Ngunit para sa non-homogenous substance, higit sa dalawang properties ang kinakailangan upang ilarawan ang state.
Thermodynamic Equilibrium
