Inhenyerong Termodinamika: mga Pundamental at Prinsipyo
Ang mga pundamental ng engineering thermodynamics ay may mahalagang papel sa pagpapabuti ng mundo, sa pamamagitan ng pagpapabuti ng performance ng planta, kagamitan, at ang kanilang pangkalahatang disenyo.
Ang mga factor na kritikal sa pag-assess ng performance ng kagamitan ay kinabibilangan ng output ng final na produkto, konsumo ng input na raw material, production cost, at assessment ng epekto sa kapaligiran. Ang mga engineer ngayon ay gumagamit ng konsepto ng thermodynamics upang suriin at baguhin ang mga bagay na inilaan para sa kaligtasan at komporto ng tao.
Ang agham ng thermodynamics ay umiiral nang mula pa noong ika-19th siglo. Simula noon, ang mga siyentipiko at engineer 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 engineering ay interesado sa pag-aaral ng mga sistema at ang kanilang interaksiyon sa kanilang paligid.
Ang mga konsepto/definisyon na ginagamit sa seksyon na ito ay nakakatulong sa mga reader sa pag-unawa sa konsepto ng engineering thermodynamics (kung minsan tinatawag na Heat-Power Engineering)
System, Surrounding and Universe
Isang sistema ay isang bagay na gusto nating pag-aralan, kaya ang unang hakbang ay tiyakin nang maayos ang layunin ng pag-aaral ng sistema. Ang layunin ng pag-aaral ng sistema ay maaaring pagpapabuti ng efisiensiya ng sistema o pagbawas ng mga pagkawala, atbp. Halimbawa ng sistema ay ang pag-analisa ng siklo ng refrigeration sa cold storage plant o ang pag-analisa ng Rankine cycle sa power plant.
Ang sistema ay inilalarawan bilang isang tiyak na masa ng malinis na substansya na may hangganan ng saradong o flexible na surface; gayunpaman, ang komposisyon ng bagay sa loob ng sistema ay maaaring tiyak o variable depende sa siklo.
Ang dimensyon ng sistema ay hindi kinakailangang constant (tulad ng hangin sa compressor na pinipigilan ng piston) ito ay maaaring variable (tulad ng binusog na balon). Ang bagay na sumasaloob sa sistema nang panlabas ay tinatawag na Surrounding at ang Universe ay ang resulta ng sistema at surrounding.
Ang elemento na naghihiwalay ng sistema mula sa kanyang surrounding ay tinatawag na boundary. Ang boundary ng sistema ay maaaring fixed o in motion.
Ang interaksiyon sa pagitan ng sistema at ang surrounding ay nangyayari sa pamamagitan ng paglalampas ng boundary at kaya't naglalaro ng napakalaking papel sa thermodynamics (i.e. heat and power engineering).
Types of System in Thermodynamics
Mayroong dalawang basic na uri ng sistema sa thermodynamics:
Closed System or Control Mass: ay kaugnay sa tiyak na bilang ng matter. Hindi tulad ng open system, sa closed system, walang flow ng matter na nangyayari sa boundary ng sistema. Mayroon din isang espesyal na uri ng closed system na hindi sumasaloob at isolated ito mula sa surrounding 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 lumipas at lumampas sa boundary ng sistema. Ang boundary ng open system ay tinatawag na controlled surface; ang controlled surface na ito ay maaaring aktwal o unreal.
Halimbawa ng control volume ay mga uri ng equipment na kasama ang flow ng mass na lumampas sa boundary ng sistema tulad ng flow 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 ng structure ng matter at ang layunin ng statistical thermodynamics ay karakterisin ang average behavior ng particle na bumubuo ng sistema ng interes at sa paglipas ng panahon, gamitin ang impormasyon na ito upang mapagmasdan ang macroscopic 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 oras nang walang alam ang dating halaga at kanyang pag-uugali.
Extensive Property
Ang mga property 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 nahahati ang sistema. 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
Kabaligtaran ng extensive property, ang intensive property ay hindi dependent sa mass at non additive sa natura at hindi dependent sa kabuuang laki ng sistema. Ito ay maaaring mag-iba sa iba't ibang lugar sa loob ng sistema sa anumang oras. Halimbawa ng intensive property ay pressure at temperature.
Thermodynamic State
Ang state ay inilalarawan bilang ang kondisyon ng isang sistema na pinakamahusay na ilarawan ng kanyang mga property. Ang mass na nakasara sa isang sistema ay maaaring matagpuan sa iba't ibang unique na kondisyon, tinatawag na state. Mayroong relasyon sa pagitan ng mga property ng isang sistema ngunit ang state ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng pagbibigay ng halaga ng subset ng mga property.
Thermodynamic Process
Ang mga thermodynamic processes ay ang conversion ng isang state sa isa pa. 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 natutuklasan kung wala sa kanyang mga property ang nagbabago sa panahon.
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 kanyang properties ay may parehong halaga kung ano ang kanilang halaga sa simula. Ang lahat ng mga cycle na regular na umuulit ay naglalaro ng vital na papel sa maraming area ng aplikasyon, tulad ng circulation ng condensate sa thermal power generating station na gumagamit 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 kahit ano ang kanyang structure at nature, ito ay may ilang katangian tulad ng consistency at reliability. Ang matter ay gawa mula sa malaking bilang ng particles na tinatawag na molecules. Maaaring makita ang matter sa anyo ng Solid, liquid, o gas saanman.
Sa solid matter, ang molecules ay malapit sa bawat isa at malakas na bounded at hindi maaaring malayang galawin. Kaya kailangan ng malaking puwersa upang baguhin ang kanyang hugis.
Ang molecules sa liquid matter ay hindi tiyak na hawak at kaya ang napakaliit na puwersa ay sapat na upang panatilihin ang molecules nito nang magkasama.
Sa gaseous state, ang molecules ay galaw-galaw at malayang tumatakbong parang ito ay nasa unbound state, kaya ito ay lumilipas nang mabilis kahit sino ang kanyang adjacent na molecules. Ang compressibility ay kaugnay sa gases, na may maraming empty spaces sa pagitan ng konektadong molecules. Ang energy ang dahilan kung bakit ang matter ay umiiral sa iba't ibang phases.
Pure Substance
Ang material na solo chemical structure o homogeneity sa variant chemical structure ay tinatawag na pure substances. Ang material ay maaaring umiral sa single phase tulad ng liquid o maaari ring umiral sa higit pa sa isang phase sa equilibrium sa bawat isa. Ang uniform mixture ng gases na may parehong chemical composition ay tinatawag din na pure substance.
Ang importansiya ng pure substance ay sa pagtukoy ng mga property ng working substance sa iba't ibang kondisyon ng pressure at temperature.
Halimbawa: Para sa pure substance tulad ng tubig, maaaring ma-describe nang buo 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, kailangan ng higit sa dalawang properties upang ilarawan ang state.
Thermodynamic Equilibrium
