Clase 5: “Sistemas y procesos termodinamicos”

Material audiovisual: https://www.youtube.com/watch?v=piuKKixl-38 “Sistemas y Procesos Termodinámicos”

SISTEMA TERMODINÁMICO

23/02/22

límite Sistema: Objeto en estudio, el cual está rodeado de un entorno y el medio ambiente. Región imaginaria sobre la cual centramos nuestra atención.

Límites del sistema: Superficie que separa al sistema de sus alrededores. Puede ser fija o móvil.

Entorno o Ambiente: Masa o región fuera del sistema.

Universo Termodinámico = Sistema + Ambiente

Clase 5

TIPOS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS

SISTEMAS AISLADO SISTEMAS CERRADO SISTEMAS ABIERTO

FRONTERA DEL SISTEMA CONTROL DE VOLUMEN Y SUPERFICIE

PROPIEDADES DE LA TERMODINÁMICA

PROPIEDADES INTENSIVAS PROPIEDADES EXTENSIVAS PROPIEDADES ESPECIFICAS

No dependen de la cantidad de materia que se considere. (No aditivas) Dependen de la masa de materia que se considere. (Aditivas) Si la dividimos una propiedad extensiva entre la masa.

Son idénticas el sistema se denomina HOMOGÉNEA

Propiedades macroscópicas intensivas

No idénticas el sistema se denomina HOMOGÉNEO

ESTADO TERMODINÁMICO

REVERSIBLE:

Es aquel en que los estados iicial y final coincden, si producir cambios en el sistema. Ejm: compresion ó expancion del gas.

IRREVERSIBLE:

Es aquel que no cumple las condiciones establecidas para un proceso.

TIPOS DE PROCESO TERMODINÁMICO

CICLO TERMODINAMICO:

Es la sucesión de varios procesos termodinamicos o procesos en que retorna a su estado inicial.

CUASIESTATICO (CUASIEQUILIBRIO):

Es un proceso que se lo lleva lentamente y en cada instante de iempo el gas ideal se encuentra en equilibrio termodinámico. Ejemplo:

-ISÓCORO: V = Const. -ISOBÁRICO: P = Const. -ISOTÉRMICO T = Const. -ADIABÁTICO: Q = 0

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA (MARCO TEÓRICO)

SISTEMA TERMODINÁMICO

1. Definición general sistema termodinámico: Un sistema termodinámico se

define como una cantidad de materia o una región en el espacio sobre el cual la atención se concentra en el análisis de un problema. Todo lo que forma parte del exterior del sistema se llama entorno o entorno. El sistema está separado del entorno por el límite del sistema. El límite puede ser fijo o móvil. Un sistema y sus alrededores juntos.

2. Tipos de sistema termodinámico: (Martin & Ana, 2020)

2.1. Sistema Aislados: Es aquel que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.

Un ejemplo es el universo. La mayoría de los astrónomos también consideran el universo

como un sistema aislado. No

permite la entrada ni la salida de materia ni de energía.

2.2. Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

Un ejemplo es un cilindro mantenido cerrado por una válvula, que puede calentar o enfriar, pero no pierde masa (mientras que el mismo cilindro se comporta como un sistema abierto si abrimos la válvula).

2.3. Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.

El ejemplo de la estufa sería un sistema abierto, porque se puede perder calor y vapor de agua en el aire.

3. Propiedades del sistema termodinámico: (Planas, 2019)

3.1.Propiedad intensiva: Es independiente de la cantidad de masa y puede variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento.

Por ejemplo, las siguientes propiedades son extensas: Entalpía, entropía, energía libre de Gibbs, capacidad calorífica, energía interna, masa y volumen.

3.2.Propiedad extensiva: Depende de la cantidad de masa presente o del tamaño o extensión de un sistema.

Por ejemplo, las siguientes propiedades son extensas: Compresibilidad, densidad, entalpía específica, entropía específica, capacidad calorífica específica, presión, temperatura, conductividad térmica, expansión térmica, calidad de vapor y volumen específico.

3.3.Propiedades específicas: Las propiedades específicas del material se derivan de otras propiedades intensivas y extensivas de ese material.

Por ejemplo, las siguientes propiedades son específicas: Volumen especifico, energía interna específica, entalpia específica y entropía específica.

4. Tipos de procesos termodinámicos: (Jaramillo, 2017)

4.1.Proceso irreversible: En termodinámica, un proceso reversible se define como un proceso que se puede revertir induciendo cambios infinitesimales en alguna propiedad del sistema, y al hacerlo no deja cambios ni en el sistema ni en el entorno. Durante el proceso reversible, la entropía del sistema no aumenta y el sistema está en equilibrio termodinámico con su entorno.

4.2.Proceso irreversible:

En termodinámica, un proceso irreversible se define como un proceso que no se puede revertir, proceso, que no puede devolver tanto el sistema como el entorno a sus condiciones originales. Durante el proceso irreversible aumenta la entropía del sistema.

4.3.Proceso de ciclo termodinámico:

El ciclo termodinámico se define la sucesión de varios procesos termodinámicos o procesos que en el sistema retorna a su estado inicial.

4.4.Proceso de cuasi estático o cuasi equilibrio: (Enfisica, 2018)

4.4.1. Proceso isobárico: Un proceso es isobárico cuando ocurre a una presión constante; en el diagrama (P-V) gráfico podemos observar que el gas aumenta su volumen de Vo a Vf, manteniéndose constante la presión Po.

4.4.2. Proceso isocórico o isométrico: En este caso, el proceso se lleva a cabo a volumen constante. En el grafico podemos notar como el volumen de sistema no varía y la presión aumenta.

4.4.3. Proceso termodinámico: Un proceso isotérmico ocurre a temperatura constante; en el grafico podemos observar como la presión que experimenta el gas disminuye de Po a PF, mientras el volumen aumenta de Vo a Vf.

4.4.4. Proceso adiabático o isotrópico: Una transformación adiabática significa que el gas está completamente aislado en un recipiente con paredes adiabáticas, es decir no permite el intercambio de calor con el exterior y de esta manera el calor Q del sistema se mantiene constante.

TERMODINAMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

TERMODINÁMICA

Artículo Científico

“SISTEMA TERMODINÁMICO”

RESUMEN

El escuchar hablar acerca de la termodinámica nos genera una gran incógnita, al ser una palabra tan inmersa en la ciencia y compleja, damos por hecho que sólo se puede abordar en campos de especialización; sin embargo, está presente en nuestro entorno. Esta rama de la física tiene un aspecto práctico, puesto que se aplica para el análisis de sistemas termodinámicos. Un sistema termodinámico es una parte del universo físico a estudiar, a través de sus elementos, propiedades y cambios o procesos que ocurren en él a partir de la modificación de las variables como la presión, volumen y temperatura. Al estar en contacto con estos sistemas, la necesidad de abordarlos y profundizar en ellos crece; por lo que la presente investigación tiene como propósito difundir información acerca de los sistemas termodinámicos con el fin de familiarizarnos para futuras aplicaciones pertinentes y casos prácticos en la industria.

Palabras clave: Energía, límite, materia, sistema

INTRODUCCIÓN

La Termodinámica es la rama de la física

encargada de estudiar las transformaciones e interacciones de la

energía en forma de calor y trabajo, así como describir los estados de equilibrio a nivel microscópico. A través de esta definición se conciben diferentes

conceptos tales como los sistemas termodinámicos, que con forman una parte del universo físico y que pueden o no intercambiar energía y materia con el entorno. Este intercambio origina una clasificación de los tipos de sistemas, entre los cuales se encuentran los

sistemas cerrados, abiertos y aislados. Dichos sistemas están de limitados por una frontera o pared, que pueden ser reales o imaginarias y, además, pueden impedir el intercambio (de materia y energía) con el entorno. Cabe mencionar,

que un sistema termodinámico pue de permanecer en equilibrio térmico, gracias a la Ley cero de la Termodinámica; y a su vez, en dichos sistemas pueden generarse cambios en una de sus variables (presión, temperatura y volumen). En la actualidad, los sistemas termodinámicos han sido de gran utilidad en las diferentes industrias y en la vida cotidiana, desde las naves espaciales hasta los termos que utilizamos para mantener caliente nuestras bebidas.

Es por ello, que la presente investigación está enfocada en el estudio de los

sistemas termodinámicos.

SISTEMAS TERMODINÁMICOS:

Un sistema termodinámico es una

porción del universo, siendo así un objeto de estudio; donde se puede estudiar la transferencia de materia

y energía. Un sistema termodinámico debe poseer un gran número de partículas o grados de libertad, es decir, debe de ser suficientemente grande y estar limitado del entorno por una frontera. La definición del sistema y sus alrededores son un punto fundamental para el análisis y solución de problemas termodinámico [1].

PROCESOS TERMODINÁMICOS:

Un sistema experimenta un proceso o transformación termodinámica cuando al

modificar una de sus variables cambia de

estado a través del tiempo. Estos procesos involucran flujos de energía (en forma de calor y/o trabajo) entre el sistema y su entorno. Estos procesos se conforman de diferentes elementos, tales como [2]:  Estado inicial: estado en el que comienza el sistema. Está

descrito por una presión, una temperatura y un volumen inicial (Pi, Ti, Vi).  Estado final: Termina el

sistema. Descrito por una presión, temperatura y un volumen final (Pf, Tf, Vf).  Trayectoria: serie de estados por los que pasa el sistema. Los procesos termodinámicos pueden darse a partir de las variables termodinámicas, es decir, si permanecen constantes o no. Los principales procesos

son:

 Isóbara: la presión del sistema permanece constante (P=cte). La transferencia de calor dentro o fuera

del sistema funciona, pero también cambia la energía interna del sistema. A medida que cambia la temperatura, el volumen cambiará de forma que

pueda mantener la presión. Un ejemplo de este proceso se da al meter un globo en una nevera y se observa que se encoje.  Isotérmico: la temperatura permanece constante (T=cte). La energía depende de la temperatura; cuando el volumen aumenta la

presión disminuye. Al generarse este tipo de proceso, el calor entregado al sistema es igual al trabajo realizado por el mismo. Un claro ejemplo es cuando un globo en una máquina de hacer vacío, aumenta su volumen a medida que se va haciendo el vacío.

 Isocórico: el volumen permanece constante (V=cte). Cualquier cambio de temperatura viene acompañado de un cambio de presión. Al darse este proceso, el sistema no ejerce ni recibe trabajo. Un ejemplo es cuando el vapor de una olla de presión va aumentando su presión a medida que se calienta.

 Adiabático: todas las variables

del sistema cambian. Este es un

proceso en sistemas aislados, en el que no se intercambia calor con los alrededores. Este proceso puede ser rápido. Un ejemplo es la compresión de un pistón en una bomba de inflado de ruedas de bicicleta.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]Atanacio, J., Villeda, L., Pérez, D., & Martínez, J. (18 de Octubre de 2021). Sistemas Termodinámicos.

repository.uaeh.edu.mx. Recuperado de: https://repository.uaeh.edu.mx/r evistas/index.php/tepexi/article/ view/6415/7747

[2]Martín, A. (5 de octubre de 2015). Apuntes de los temas de termodinámica. Obtenido de

oa.upm.es: https://oa.upm.es/38735/1/amdapuntes-termodinamicav3_0.pdf

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Enfisica. (26 de junio de 2018). Termodinámica, procesos y leyes termodinámicos. enfisica.com. Recuperado de: https://enfisica.com/temperatura/termodinamica/

Jaramillo, O. (3 de mayo de 2017). Procesos reversibles e irreversibles. www.ier.unam.mx. Recuperado de: https://www.ier.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/node82.html

Martin, T., & Ana, S. (2 de 10 de 2020). Sistema Termodinamico. www2.montes.upm.es. Recuperado de: https://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/termo1p/sistema.html

Planas, O. (17 de Abril de 2019). Propiedades termodinámicas intensivas y extensivas. solar-energia.net.Recuperado de: https://solarenergia.net/termodinamica/propiedades-termodinamicas