FACULTAD TECNOLOGICA TERMODINAMICA

UNIVERSIDAD FRANSICO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLOGICA

TERMODINAMICA

PROYECTO FINAL “SISTEMA CILINDRO PISTON”

CAMILO ANDRES ARIAS HENAO

MARIA PAULINA RUBIO VALBUENA

JUAN CARLOS RIOS SANTA

ALEJANDRO SUAREZ

JUAN SEBASTIAN ALVAREZ CASTILLO

CRISTIAM BUITRAGO

OBJETIVO GENERAL

Aplicar los conocimientos teóricos adquiridos durante el curso de termodinámica a un sistema real compuesto por agua dentro de un cilindro pistón, reconociendo todas las implicaciones de idealizar el sistema o de tomar en cuenta todos los factores que hacen que el sistema no se comporte idealmente (fricción, perdidas de calor, etc.)

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 -construir el prototipo  cilindro pistón y adecuarlo para poder tomas mediciones en este; como la temperatura y el volumen.

-confrontar los datos obtenidos teóricamente con lo que se ve reflejado en la realidad a lo largo de las pruebas realizadas al sistema.

-Aplicar conocimientos físicos y termodinámicos vistos a lo largo de nuestra experiencia académica y en especial en el curso de termodinámica para llegar a encontrar fuerzas de fricción, y las propiedades necesarias para definir los estados termodinámicos propuestos en el proyecto^[a].

-analizar los porcentajes de error que se obtengan en los procedimientos teórico-prácticos del proyecto.

MARCO TEÓRICO (JUAN)

Sistema termodinámico: un sistema termodinámico se define como una cantidad de materia de masa fija sobre la cual se enfoca la atención para su estudio. Cualquier cosa externa al sistema es el espacio exterior y el sistema está separado del espacio exterior por los límites del sistema.  Esos límites pueden ser movibles o fijos^[1].

Volumen específico: El volumen específico de una substancia se define como el volumen por unidad de masa, y se usa el símbolo v

[pic 1]

Ecuación 1

Presión: La presión en un fluido en reposo, en un punto dado, es la misma en todas direcciones, y definimos la presión como la componente normal de una fuerza por unidad de superficie:

[pic 2]

Ecuación 2

En nuestro caso usamos la presión manométrica, ya que esta mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica.

 Fase de equilibrio vapor-liquido-solido en una sustancia pura:

Tomando como ejemplo el montaje realizado en acción, por lo tanto hay una transferencia de calor,  lo que implica un cambio de fase en un determinado momento.

Ahora bien, la parte a de la figura representa el momento antes de iniciar la transferencia de calor al sistema, en la parte b del diagrama parte del líquido se evapora y durante este proceso la temperatura y la presión permanecen constantes, pero el volumen especifico aumenta considerablemente. Cuando la última gota del líquido se evapora, la transferencia de calor se traduce en un aumento de la temperatura y del volumen específico del vapor como en la figura:

[pic 3]

Aquí entra el concepto de temperatura de saturación la cual designa la temperatura en la cual se efectúa la vaporización a una presión dada, y esta presión a su vez se llama presión de saturación, estas dos propiedades se pueden ver relacionados en los diagramas PT.

Cuando existe alguna sustancia, una parte en forma líquida y otra como vapor, a la temperatura de saturación, se define una nueva propiedad llamada calidad designada con una letra X la cual representa la proporción de la masa de vapor a la masa total, la calidad solo tiene sentido cuando la sustancia se halla en un estado saturado, esto es a temperatura y presión de saturación^[2].

Error experimental: Es sabido que aunque existe la teoría que nos permite entender fenómenos de la naturaleza, muchas veces lo teórico no se aferra a lo real, existen siempre condiciones que modifican las mediciones que podamos lograr, para observar que tanta discrepancia hay entre la teoría y el aspecto real aplicamos una fórmula que determina el error experimental:

[pic 4]

Ecuación 3

Definición de calor: Se define como la forma de energía que se transmite a través del límite de un sistema que está a una temperatura a otro sistema a una temperatura más baja, por la virtud de la diferencia de temperatura entre los dos sistemas. Un aspecto especial a observar y entender es que un cuerpo nunca contiene calor, el calor solo se identifica al momento que es transferido de un sistema a otro.

Comparación entre calor y trabajo: El calor y el trabajo son en muchos aspectos similares, sin embargo hay postulados que los relacionan y a la vez los diferencian:

1. El calor y el trabajo son fenómenos transitorios. Los sistemas nunca tienen calor o trabajo, pero ambos cruzan los límites de un sistema, cuando este sufre un cambio de estado.
2. Ambos fenómenos representan la  energía que cruza el sistema.
3. El calor y el trabajo, son funciones de trayectoria, lo que implica que no son propiedades.

Primera ley de la termodinámica (es necesario aclarar que su aplicación es directa para un sistema cerrado en cuasiequilibrio):

Con frecuencia se le define como la ley de la conservación de la masa, si nos referimos a un sistema cerrado, la primera ley (viéndola como un balance energético) nos dice que la transferencia neta de calor es igual al trabajo neto realizado, de la primera ley se deriva una valiosa propiedad definida como energía interna, denotada con la letra E:

ΔE=[pic 5]

Al ser una propiedad, depende solamente de los estados inicial y final del sistema y no de la trayectoria, definimos esto como un cambio, ya que en la ingeniería solo son importantes los cambios de esta propiedad.  La energía almacenada de un sistema se considera un tipo de energía en transición, siempre está en constante cambio, dependiendo de las condiciones que rigen y manejan el sistema.

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