Sistema Termodinamico

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGAANTONIO JOSE DE SUCREAMPLIACIN GUARENASESCUELA: SEGURIDAD INDUSTRIALSEMESTRE IIIS.A.I.A

SISTEMATERMODINMICO

AUTOR: Katty Nadia RiveroC.I.: 7.104.737 PROFESOR:

Guarenas, mayo 2015ndice

Contenido

Pg.

Introduccin......03

Sistema Termodinmicos..04

Propiedades de un Sistema Termodinmico......05

Proceso y Ciclos de un Sistema Termodinmico......04

Definicin y Aplicacin de la Escala de Temperatura..........09

Ley Cero de la Termodinmica......11

Conclusin..13

Bibliografa ..14

Introduccin Como muchas disciplinas, la termodinmica surge de los procedimientos empricos que llevaron a la construccin de elementos que terminaron siendo muy tiles para el desarrollo de la vida del hombre. Creemos que la termodinmica es un caso muy especial debido a que sus inicios se pierden en la noche de los tiempos mientras que en la actualidad los estudios sobre el perfeccionamiento de las mquinas trmicas siguen siendo de especial importancia, mas aun si tomamos en cuenta la importancia que revisten temas de tanta actualidad como la contaminacin. El origen fue sin lugar a dudas la curiosidad que despertara el movimiento producido por la energa del vapor de agua. Su desarrollo fue tomando como objetivo principal el perfeccionamiento de las tecnologas aplicadas con el fin de hacer ms fcil la vida del hombre, reemplazando el trabajo manual por la mquina que facilitaba su realizacin y lograba mayor rapidez, estos avances que gravitaban directamente en la economa, por ello el inicio se encuentra en el bombeo de aguas del interior de las minas y el transporte. Ms tarde se intensificaron los esfuerzos por lograr el mximo de rendimiento lo que llev a la necesidad de lograr un conocimiento profundo y acabado de las leyes y principios que regan las operaciones realizadas con el vapor. Y este trabajo ser referencia a los sistemas que originaron el avance de las tecnologas industriales como son los sistemas termodinmicos.

Sistema Termodinmico

Unsistema termodinmico(tambin denominadosustancia de trabajo) se define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinmico puede ser una clula, una persona, el vapor de una mquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor trmico, la atmsfera terrestre, etc. El sistema termodinmico puede estar separado del resto del universo (denominadoalrededores del sistema) por paredes reales o imaginarias. En este ltimo caso, el sistema objeto de estudio sera, por ejemplo, una parte de un sistema ms grande. Las paredes que separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes (llamadasparedes adiabticas) o permitir el flujo de calor (diatrmicas). Los sistemas termodinmicos pueden seraislados,cerradosoabiertos. Sistema aislado: es aqul que no intercambia ni materia ni energa con los alrededores. Sistema cerrado: es aqul que intercambia energa (calorytrabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante). Sistema abierto: es aqul que intercambia energa y materia con los alrededores.En la siguiente figura se han representado los distintos tipos de sistemas termodinmicos.

A lo largo de estas pginas trataremos lossistemas cerrados. Cuando un sistema est aislado y se le deja evolucionar un tiempo suficiente, se observa que lasvariables termodinmicasque describen su estado no varan. La temperatura en todos los puntos del sistema es la misma, as como la presin. En esta situacin se dice que el sistema est enequilibrio termodinmico.Equilibrio termodinmico En Termodinmica se dice que un sistema se encuentra en equilibrio termodinmico cuando lasvariables intensivasque describen su estado no varan a lo largo del tiempo. Cuando un sistema no est aislado, el equilibrio termodinmico se define en relacin con los alrededores del sistema. Para que un sistema est en equilibrio, los valores de las variables que describen su estadodeben tomar el mismo valor para el sistema y para sus alrededores. Cuando un sistema cerrado est en equilibrio, debe estar simultneamente enequilibrio trmicoymecnico. Equilibrio trmico: la temperatura del sistema es la misma que la de los alrededores. Equilibrio mecnico: la presin del sistema es la misma que la de los alrededores.

Propiedades de un Sistema Termodinmico

A una caracterstica de un sistema se le llama propiedad. Ej: presin, temperatura, volumen, masa, etc. Las propiedades de un sistema se diferencian en dos grupos:1) Propiedades Intensivas: Son aquellas que no dependen de la masa del sistema, como son, temperatura, presin y densidad. Es decir, si pudiramos aislar muchas partes del sistema y pudiramos medir estas propiedades en dichas partes tendramos siempre la misma medida. Por ejemplo, si estamos midiendo densidad no importa si tomamos un poco de masa o mucha porque de todas formas va a ser la misma densidad en ambos casos ya que esta no depende de la cantidad de masa a la cual midamos densidad sino de la cantidad que exista de ella en cierta cantidad de volumen, la cual permanece siempre constante.

2) Propiedades Extensivas: Son aquellas que dependen de la masa o extensin del sistema como son la misma masa y el volumen. Si medimos la propiedad masa de un sistema tendremos que si medimos cierta cantidad de masa tendremos cierta medida, pero si duplicamos la cantidad de masa tendremos tambin el doble en la medicin, es decir, la medida de la masa depende de la cantidad, propiedad extensiva.

Densidad Masa por unidad de volumen. Se simboliza con la letra del alfabeto griego ro minscula. = m / V = masa / Volumen (kg/m, lbm/ft) Volumen especfico. Es el volumen por unidad de masa. Es el recproco de la densidad.v = 1/ = V/m (m/kg, ft/lbm)Peso especfico. Es el peso de un volumen unitario de una sustancia. Se simboliza con la letra del alfabeto griego gamma que es como una r minscula de trazos curvos. Aqui la simbolizamos con una simple "r".r = . g = densidad . gravedad (N/m, lbf/ft)Gravedad especfica o Densidad relativa. Es el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad de alguna sustancia estndar a una temperatura especificada. En general, la sustancia estndar es agua a 4C. Se simboliza con la letra S mayscula.S = _sustancia / _agua a 4C = r_sustancia / r_agua a 4C

Proceso y Ciclo de un Sistema Termodinmico

Aunque la termodinmica bsica se centra casi exclusivamente en los estados de equilibrio, es necesario estudiar tambin la transicin de un estado de equilibrio a otro, si no, sera de muy poca utilidad. El paso de un estado de un estado de equilibrio a otro se denomina un proceso. En general, un proceso no est constituido por estados de equilibrio. Por ejemplo, si tenemos un gas contenido a alta presin en un recipiente, y rompemos un diafragma que lo separa de una cmara vaca, se produce una expansin brusca, en la cual hay toda clase de turbulencias y variaciones en la presin de un punto a otro. Pasado un cierto tiempo, el gas alcanzar un nuevo estado de equilibrio. En un diagrama de estados podremos representar el estado inicial y el estado final, pero no lo que ocurre en medio, ya que ni siquiera estn definidas las variables termodinmicas. Un proceso que evoluciona de forma que el estado del sistema es aproximadamente de equilibrio en todo momento se denomina proceso cuasiesttico o de cuasi-equilibrio. Los procesos cuasiestticos son procesos que se realizan muy lentamente (idealmente en un tiempo infinito) de manera que se deje alcanzar el equilibrio entre paso y paso. As, podemos comprimir un gas en un cilindro golpeando el pistn con un martillo, o podemos hacerlo dejando caer granos de arena individualmente, hasta que el peso de la arena comprima el pistn hasta su volumen final. En el primer caso el proceso no pasa por estados de equilibrio, mientras que en el segundo se puede suponer que s. Los procesos cuasiestticos no existen en la vida real, sin embargo, son de gran utilidad por dos razones: Permiten realizar los clculos empleando las ecuaciones de estado La variacin de muchas magnitudes depende solo de los estados inicial y final y no del proceso intermedio. Por tanto, para calcularlas podemos sustituir el proceso real no cuasiesttico por uno ideal cuasiesttico que conecte los mismos estados inicial y final. Dentro de un sistema gaseoso, existen diferentes procesos cuasiestticos que poseen nombre propio, de acuerdo con la magnitud que permanezca constante:Isbaros o a presin constante.Iscoros o a volumen constante.Isotermos o a temperatura constante.Adiabticos. Como veremos al estudiar el primer principio de la termodinmica, son aquellos en que el sistema no intercambia calor con el ambiente. Al estudiar el segundo principio veremos que un proceso adiabtico cuasiesttico es a entropa constante.Adems de estos existen otros a entalpa constante, a energa constante, etc. Un proceso cclico o ciclo es un proceso termodinmico cuyo estado final es el mismo que el inicial. Los ciclos son esenciales a la hora de describir el funcionamiento de motores y generadores, por lo que muchos tienen nombre propio (Carnot, Otto, Diesel, Rankine, Brayton,...). Como con cualquier otro proceso, pueden ser aproximadamente cuasiestticos, en cuyo caso se representarn en un diagrama de estados como una curva cerrada.

Definicin y Aplicacin de la Escala de Temperatura

Es la proporcin escalar entre dos puntos de agregacin de una sustancia, para comparar en forma isotrmica otra sustancia o cuerpo. El principio anterior permite establecer la llamada "escala emprica de temperaturas". Para establecerla se debe tener: Un cuerpo Termomtrico: es decir un cuerpo en que alguna propiedad vare en forma continua y medible con la temperatura. Un punto de partida: un origen, fcilmente reproducible, desde donde partir nuestra escala (en buenas cuentas el cero). Una unidad: es decir la magnitud que queremos asociar a un grado de temperatura. Como consecuencia de los razonamientos derivados del segundo principio, Kelvin propuso utilizar la energa como magnitud termomtrica para definir la temperatura y justific el establecimiento y adopcin de una escala de temperaturas independiente de la naturaleza de la sustancia termomtrica empleada. Basndose en que el rendimiento trmico del ciclo de Carnot es independiente de las propiedades del fluido utilizado y slo depende de las temperaturas de las fuentes, pudo demostrar que:

Por consiguiente, el cociente QH/QL puede ser sustituido por TH/TL para dispositivos reversibles, donde TH y TL son las temperaturas absolutas de los depsitos de alta y baja temperatura, respectivamente. Por lo tanto para una mquina trmica reversible, se puede escribir

Desde el inicio de la termometra, cientficos, investigadores y fabricantes de instrumentos de medida, tenan ciertas dificultades para atribuir valores patrones a la temperatura y su respectiva aplicacin, por medio de escalas reproducibles como exista en la poca para pesos, distancias y tiempos. Las escalas definidas fueron las denominadas Fahrenheit y Celsius.Fahrenheit, define al valor 32 como el punto de fusin del hielo y 212 como el punto de ebullicin del agua. El intervalo entre estos dos valores es dividido en 180 partes iguales, siendo cada una de ellas un grado fahrenheit.La escala Celsius, define el valor cero para el punto de fusin del hielo y cien al punto de ebullicin del agua. El intervalo entre ambos puntos est dividido en cien partes iguales, cada una de ellas es un grado Celsius. La denominacin grado centgrado no es recomendada. Ambas escalas son relativas, es decir que sus valores numricos de referencia son totalmente arbitrarios. Si se disminuye continuamente la temperatura de una sustancia, se llega a un punto limite el cual es imposible de superar, por la propia definicin de temperatura. Este punto, en el cual prcticamente cesa todo movimiento atmico, es el cero absoluto de temperatura. Este valor, calculado por extrapolaciones es en la escala Celsius de 273,15 C. Existen escalas denominadas absolutas, en las cuales el cero est ubicado en el cero absoluto de temperatura. Actualmente se encuentran en uso las escalas Kelvin y Rankine. La escala Kelvin posee la misma divisin que la Celsius, y su cero se corresponde con el punto ms bajo de temperatura, es decir 273,15 C. La escala Rankine posee, el mismo cero que la escala Kelvin pero su divisin es idntica a la de la escala Fahrenheit. En la actualidad, la escala Fahrenheit es comn en pases de habla inglesa pero su utilizacin est declinando a favor de la Celsius, que tiene aceptacin universal. Anlogamente la escala Kelvin habr de sustituir completamente a la escala Rankine. Existe otra escala relativa, la Reaumur, hoy prcticamente en desuso. Esta escala adopta como cero el punto de fusin del hielo y 80 el punto de ebullicin del agua. El intervalo est dividido en 80 partes iguales.

Ley Cero de la Termodinmica

Conocida tambin con el nombre de la ley del equilibrio trmico fue enunciada en un principio por Maxwel y llevada a ley por Fowler y dice:Dos sistemas en equilibrio trmico con un tercero, estn en equilibrio trmico entre s. El equilibrio trmico debe entenderse como el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura. Esta ley es de gran importancia porque permiti definir a la temperatura como una propiedad termodinmica y no en funcin de las propiedades de una sustancia. La aplicacin de la ley cero constituye un mtodo para medir la temperatura de cualquier sistema escogiendo una propiedad del mismo que vare con la temperatura con suficiente rapidez y que sea de fcil medicin, llamada propiedad termomtrica. En el termmetro de vidrio esta propiedad es la altura alcanzada por el mercurio en el capilar de vidrio debido a la expansin trmica que sufre el mercurio por efecto de la temperatura. Cuando se alcanza el equilibrio trmico, ambos sistemas tienen la misma temperatura.La ley cero establece que:a) Los sistemas que estn en equilibrio trmico entre si tienen el mismo valor de un propiedad llamada temperatura.b) Los sistemas que no estn en equilibrio trmico entre s tienen diferentes temperaturas. Se define temperatura en relacin a objetos en contacto. Con estos principios se tiene una definicin operacional de la temperatura, que es aplicada para el uso y fabricacin de termmetros.

Conclusin

La investigacin ayuda demasiado en el proceso de aprendizaje que da a da vamos teniendo como alumnos, comprendimos y estudiamos la termodinmica a fin de que los interesados en este tema entiendan la relacin que tiene la termodinmica en nuestras vidas La utilizacin de este medio nos orienta ms al manejo de la tecnologa que todos los das involucra a todos los seres humanos. Y dar el reconocimiento a estos grandes cientficos que hicieron de la termodinmica una ciencia independiente de alto contenido terico y matemtico, lo que logra entender los fenmenos que se desarrollaban y fundamentar progresos tecnolgicos. Nos referimos a los precursores de esta ciencia: Hern, Savery, Newcomen, Fulton, Stephenson, Sadi Carnot, Clausius, Lord Kelvin, Joule, Watt.

Bibliografa

Serway, Raymond (1998) Fsica. Tomo I (Cuarta edicin). Mxico: Mc Graw-Hill.

Babor, Joseph. (2006). Qumica General Moderna. Barcelona: Editorial Marn.

Referencias Electrnicas:

http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448157133.pdf

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