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Universidad
Autónoma de Nuevo León
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Laboratorio Termodinámica básica.
Practica No. 1 “Sistemas termodinámicos”
Docente : Ing. Ezequiel Roberto Rodríguez Ramos.
Matricula Nombre Carrera Brigada Hora
1841243 Daniel
Marcelino
Cepeda
Ríos
Ingeniero
Mecánico
Electricista
118 N
Fecha: 01 / 07 / 2021
Elementos de competencia:
Analizar diferentes dispositivos identificando interacciones de materia y formas de
energía que cruza la frontera para distinguir el tipo de sistema termodinámico.
Instrucciones responda y complete las siguientes preguntas
1. Definición de sistema termodinámico
Cantidad de región o material que ocupa un lugar en el espacio y que nosotros
seleccionamos para su estudio.
2. Qué es una frontera en un sistema termodinámico
Es la superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores. Puede ser
fija o móvil.
3. Tipos de sistemas termodinámicos
Sistema Abierto: Tanto la masa como la energía puede pasar la frontera.
Sistema Cerrado: No puede cruzar la masa, pero si la energía.
Sistema Aislado: Tanto la masa como la energía no puede cruzar la frontera.
Marco Teórico
Un sistema termodinámico (también denominado sustancia de trabajo) se define
como la parte del universo objeto de estudio.
Un sistema termodinámico puede ser una célula, una persona, el vapor de una
máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera
terrestre, etc.
El sistema termodinámico puede estar separado del resto del universo (denominado
alrededores del sistema) por paredes reales o imaginarias. En este último caso, el
sistema objeto de estudio sería, por ejemplo, una parte de un sistema más grande.
Las paredes que separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes
(llamadas paredes adiabáticas) o permitir el flujo de calor (diatérmicas).
El término volumen o masa de control también se usa en un sistema cerrado. El
término sistema abierto se usa intercambiablemente con el de volumen de control.
Cuando se usan los términos masa de control o volumen de control, el contorno del
sistema recibe el nombre de superficie de control.
Ejemplos de sistemas abiertos:
- La célula, pues cuenta con una membrana semipermeable que produce el
intercambio con el exterior.
- Una planta, que en el proceso de fotosíntesis realiza un notorio intercambio de
energía.
- Un curso de agua como un río, que recibe afluentes y envía a otros cursos.
- Cada uno de los órganos o sistemas del cuerpo humano puede interpretarse como
un sistema abierto.
Sistema aislado
Un sistema termodinámico aislado es un sistema que no puede interactuar con el
resto del universo debido a que su frontera es impermeable tanto a la materia como a
la energía.
Un sistema aislado es, por lo tanto, un tipo especial de sistema cerrado cuya frontera
es adiabática y además es rígida e impermeable a los campos de fuerzas.
Lo importante del concepto del sistema termodinámico aislado no es que haya o no
sistemas perfectamente aislados, sino que es posible considerar muchos sis temas
como aislados a efectos prácticos: los efectos que delatan que no están aislados son
de escasa importancia en el fenómeno que se está estudiando.
Ejemplos de sistemas aislados:
- Una bombona de gas, contenido a presión en su interior, el gas está aislado de la
materia y la energía a su alrededor en condiciones normales.
- Los alimentos enlatados, en condiciones normales, estos alimentos se encuentran
lejos de cualquier intercambio de materia o de energía.
- Una caja fuerte, el contenido en las cajas fuertes está separado por gruesas capas
herméticas de metal de su entorno, aislado de la materia y de la energía.
- Los trajes de neopreno, un hombre embutido en estos trajes, usualmente para el
buceo o submarinismo, se encuentra protegido durante un período de tiempo del
intercambio calórico entre el agua y su cuerpo
Fronteras
El sistema termodinámico puede estar separado del resto del universo (denominado
alrededores del sistema) por paredes reales o imaginarias.
Las paredes que separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes
(llamadas paredes adiabáticas) o permitir el flujo de calor (diatérmicas).
La frontera de un sistema puede ser:
a) Fija (las paredes de un recipiente) o móvil (un émbolo o pistón de un motor de
explosión).
b) Permeable a la masa o impermeable a ella. En el primer caso se dice que tenemos
un sistema abierto (p.ej. un motor en el que entra combustible por un lado y salen
gases por otro) y en el segundo uno cerrado (p.ej. en el circuito de refrigeración de
una nevera, el gas freón que circula por los tubos nunca sale al exterior).
c) Permeable al calor o impermeable a él. Si al poner en contacto el sistema con el
ambiente se produce una transferencia de energía debido a la diferencia de
temperaturas, se dice que la frontera es diatermia. Si el calor no puede atravesar la
frontera se dice que ésta es adiabática.
Desarrollo de la práctica:
Observe los siguientes ejemplos; identifique la frontera, tipo de sistema, alrededores y
justifique su respuesta.
Bomba centrífuga Frontera: Alrededor de la carcasa de la bomba, cortando los lugares de las mangueras. Tipo de sistema: Abierto. Alrededores: Tuberías, estructuras, personal, tanque. Justificación: Es un sistema de tipo abierto porque fluye materia en forma de agua y le entra energía en forma de trabajo flecha.
Intercambiador de calor (condensador) Frontera: Parte interna del condensador. Sistema: Abierto. Alrededores: Tubería, motor, personas, carcasa del condensador. Justificación: Es un sistema abierto porque fluye materia y energía. Caldera Frontera: Todo el cilindro de la caldera. Sistema: Abierto. Alrededores: Tuberías, bancos, maquinas, personas, aire, suelo. Justificación: Es un sistema abierto porque fluye materia en forma de agua y fluye energía en forma de calor.
Turbina Frontera: Las hélices de la turbina. Sistema: Abierto. Alrededores: Tubos, agua, aire. Justificación: Es un sistema abierto porque fluye materia en forma de agua y esta genera un flujo de energía hidráulica. Globo (^) Frontera: Platico del globo por el exterior. Sistema: Cerrado. Alrededores: Aire, aves, personas, hilo, más globos. Justificación: Es un sistema cerrado porque no permite el flujo de materia pero si el de energía.
Conclusiones
Dependiendo de la elección de frontera, los alrededores cambian, así mismo como las
energías de interacción.
Bibliografía
1.- Fernández, M. D. C. L. (2001). Termodinámica (Vol. 53). Universidad de Sevilla,
pp. 10- 19.
2.- Oriol Planas. Sistema termodinámico, tipos de sistemas y definición. (2020), De
ingeniero técnico, pp. 1-2.
3.- Cengel, V.A, Bales, M. A. (2012). Termodinámica (7 ed. V. González, S. Sarmiento
trad.). Mc Graw Hill. (Original publicado en 1989)
