FACULTAD TECNOLOGICA TERMODINAMICA

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Ahora bien, el calor neto añadido a un sistema cerrado, menos el trabajo neto realizado por el sistema, es igual al incremento de la energía almacenada del sistema:

[pic 6]

Ecuación 5

PROCESO EN CUASIEQULIBRIO DE UN SISTEMA SIMPLE COMPRESIBLE:

Un sistema cerrado que está compuesto de una sustancia simple compresible, no involucra efectos de movimiento o de gravedad. Un proceso cuasiequilibrio es aquel durante el cual un sistema queda en equilibrio o infinitesimalmente cercano al equilibrio, además durante todo el proceso las propiedades deben ser uniformes, con esto es posible definir una expresión para el trabajo en un sistema cerrado, es un hecho que en la práctica es más útil el trabajo por unidad de masa, en vez del trabajo neto, la expresión viene así:

[pic 7]

Ecuación 6

[pic 8]

CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO- CILINDRO PISTÓN (ALEJANDRO)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL CON APLICACIÓN TEÓRICA

Nuestro sistema termodinámico es el agua que se encuentra dentro del cilindro-pistón, es un sistema cerrado que tiene como frontera rígida a las paredes del cilindro y como frontera flexible el pistón, dentro de los procedimientos teóricos que a continuación se desarrollan para definir 3 estados termodinámicos que planteamos, se confronta al sistema real donde se deben tener en cuenta factores como la fuerza de fricción estática y la fuerza de fricción cinética contra suposiciones ideales que hacemos al sistema y como lo hemos realizado a lo largo del curso, por lo cual en los procedimientos teóricos ideales que se evidencien en adelante tendremos en cuenta que es un sistema simple compresible en cuasiequibrio, de lo contrario se aclara que en el proceso intervienen mas factores que impiden verlo de este modo.[pic 9][pic 10]

Los 3 estados termodinámicos corresponden a: el estado 1 que es el estado inicial del sistema, el estado 2 del sistema que es un instante antes de empezar a generar movimiento en el pistón y el estado 3 o final que es donde el pistón se detiene (las características de cada estado y la manera en cómo se definieron se verán en el párrafo(s) #)

[pic 11][b]

Ilustración 1 sistema cilindro pistón

El sistema termodinámico (agua dentro del cilindro-pistón) tiene una masa de 0.015 y un volumen de el área del pistón es de y su masa es de .[pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17]

- ESTADO 1:

El estado termodinámico 1 es el estado inicial, donde el sistema se encuentra a temperatura ambiente 20ºC, el agua y el pistón se encuentran al mismo nivel de atura, asumimos que el sistema está aproximadamente a la presión atmosférica de Bogotá que según la página principal de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas es de 752 milibares lo que es igual a 75.2KPa.[3][c]

Sin embargo realizamos un diagrama de cuerpo libre (DCL) (ilustración 2) y una sumatoria de fuerzas para verificar nuestra suposición respecto al valor de la presión interna en el estado 1 así:

[pic 18]

Ilustración 2 DCL del pistón en el estado 1, la incógnita es presión interna de este estado.

[pic 19]

Despejamos la Presión interna:

[pic 20]

=75.7KPa[pic 21]

[pic 22]

Usando la ecuación #[d] encontramos que el estado inicial el volumen específico del sistema es:[pic 23]

[pic 24]

La calidad en el estado 1 es del 0% porque se encuentra fuera de la campana de saturación como líquido comprimido[e]. (ver grafica tal)

- ESTADO 2:

Para llegar al estado 2 se le suministra calor al sistema por medio de una vela, este estado es justo un instante antes de que el pistón se mueva, según nuestras observaciones y mediciones este instante se da a los 85 ̊C de temperatura; como el sistema aun no está en saturación (porque la saturación para el agua a la presión de Bogotá se daría aproximadamente a unos 92 ̊C) [4] volvemos a realizar un DCL al pistón y una sumatoria de fuerzas pero en este estado tendremos en cuenta la fuerza de fricción estática :[pic 25]

[pic 26]

Ilustración 3 DCL del pistón en el estado 2, como incógnitas la presión interna de este estado y la fuerza de fricción estática

[pic 27]

En la sumatoria de fuerzas sobre el pistón tendremos como incógnitas a la presión interna del estado 2, que es la que buscamos, pero también a la fuerza de fricción estática que se presenta entre el vidrio del que está hecho el cilindro donde está contenido nuestro sistema y el caucho que envuelve a el pistón y que está haciendo contacto con el cilindro (cabe anotar que existe una pequeña película de aceite entre el estos dos materiales para reducir un poco la fricción), podemos hallar la usando un plano inclinado del mismo material del cilindro y pistón rodeado por el caucho sobre dicho plano como se aprecia en la ilustración 4.[pic 28]

Con

[pic 29]

Donde es el coeficiente de fricción estático entre las dos superficies en contacto (el pistón envuelto en el caucho y el vidrio) y es la normal perpendicular al plano inclinado. Es importante resaltar que este está presente solo en este estado ya que es justo un instante antes de que el pistón empiece a moverse, cuando el pistón rompe este coeficiente de fricción y logra moverse del estado 2 al 3 se debe tener en cuenta un coeficiente de fricción cinético que tiene un valor menor al del .[pic 30][pic 31][pic 32][pic 33][pic 34]

.

[pic 35]

Ilustración 4 montaje utilizado para hallar .[pic 36]

Con el montaje anterior realizamos pruebas donde cambiamos el ángulo de inclinación del plano