SISTEMA TERMODINÁMICO

Un sistema termodinámico es todo aquello que está rodeado por un límite real o imaginario y, es posible estudiarlo a través de las leyes de la termodinámica. Existen dos grandes grupos de sistemas termodinámicos:

– Sistemas cerrados, estáticos o NO fluentes.
– Sistemas abiertos, dinámicos o fluentes.

Sistemas Cerrados:

Son aquellos que tiene la capacidad de intercambiar calor y/o trabajo con sus alrededores.

Esquema de un sistema cerrado

Un ejemplo carácterístico de un sistema cerrado es un dispositivo cilindro pistón con un gas en su interior

Sistemas Abiertos:

Son aquellos que, además de intercambiar calor y/o trabajo con sus alrededores, tienen la capacidad de intercambiar masa.

Esquema de un sistema abierto

Ejemplos típicos de sistemas abiertos son:
– Tuberías desplazando algún fluido.
– Turbocompresores.
– Bombas y compresores.
– Intercambiadores de calor y radiadores (Fig. 1.4).
– Evaporadores y condensadores.

PROPIEDADES, ESTADO, PROCESOS Y CICLO

Para describir un sistema y predecir su comportamiento es necesario conocer un conjunto de propiedades (o variables) y cómo se relacionan entre sí. Las propiedades son carácterísticas macroscópicas de un sistema, tales como: masa, volumen, energía, presión y temperatura.

Propiedades Extensivas e Intensivas:

Las propiedades termodinámicas pueden clasificarse en dos categorías generales: extensivas e intensivas. Una propiedad se llama extensiva si su valor para un sistema es la suma de los valores correspondientes a las partes en que se subdividan.
La masa, el volumen, la energía y otras propiedades son propiedades extensivas y dependen, por tanto, del tamaño o extensión de un sistema.

Estado:

El término estado expresa la condición de un sistema definida por el conjunto de sus propiedades. Puesto que normalmente existen relaciones entre dichas propiedades, el estado puede especificarse, a menudo, suministrando los valores de un subconjunto de las mismas. Todas las demás pueden determinarse a partir de estas pocas.

Procesos

Es un término asociado exclusivamente a la trayectoria que sigue un sistema, cuando éste cambia de estado. Pero existen infinitas trayectorias o caminos, lo cual involucra la posibilidad de infinitos procesos.

Los cuatro procesos clásicos o tradicionales son:

– Proceso Isovolumétrico ? Proceso a volumen constante.
– Proceso Isobárico ? Proceso a presión constante.
– Proceso Isotérmico ? Proceso a temperatura constante.
– Proceso Adiabático ? Proceso sin transferencia de calor.

Ciclo

Un ciclo termodinámico es una secuencia de procesos que empieza y termina en el mismo estado. Al final de un ciclo todas las propiedades tienen los mismos valores que tenían al principio. En consecuencia, el sistema no experimenta cambio de estado alguno al finalizar el ciclo.

VOLUMEN ESPECÍFICO Y MASA MOLAR

Dos propiedades intensivas particularmente importantes en la Termodinámica son el volumen específico y la masa molar.
Desde una perspectiva macroscópica, la descripción de la materia se simplifica considerándola distribuida de modo continua a lo largo de una regíón.

Volumen específico

El volumen específico representa el volumen que ocupa una determinada cantidad de sustancia por unidad de masa. Matemáticamente se expresa como:

volumen específico

volumen

masa

El volumen específico es una propiedad intensiva que puede variar de un punto a otro. La unidad del SI para el volumen específico es m3/kg.

menudo, también se expresa en cm3/g. La unidad inglesas el volumen específico es pie3/lbm.

Masa molar

La masa molar de un átomo o molécula de una sustancia cualquiera, corresponde a su masa por unidad de cantidad de sustancia. Matemáticamente se expresa como:

masa molar

masa

número de moles

PRESIÓN Y TEMPERATURA

Presión
El concepto de presión se introduce desde el punto de vista continuo. Comencemos considerando un área pequeña A que contiene un punto de un fluido en reposo. En un lado del área el fluido ejerce una fuerza compresiva sobre ella que es normal a dicha área, FNORMAL. Una fuerza igual pero de sentido opuesto se ejerce por el fluido sobre la otra cara del área. Para un fluido en reposo no hay otras fuerzas que las mencionadas actuando

La unidad SI para la presión es el Pascal.
1 Pascal = 1 N/m2
Sin embargo, en conveniente trabajar con múltiplos del Pascal: el kiloPascal, el bar y el MegaPascal. 1 kPa = 103 N/m2
1 bar = 105 N/m2
1 MPa = 106 N/m2

Dividiendo por la masa total de la mezcla, m, se obtiene un volumen específico medio para la mezcla:

Puesto que la fase líquida es líquido saturado y la fase vapor es vapor saturado, se deduce que:

De las ecuaciones anteriores, se obtiene que:

Introduciendo la definición de título y considerando que:

Con esto, la expresión anterior se transforma en:

El aumento en el volumen específico en la vaporización se representa a menudo como , por lo tanto:

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