Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 1
Se trata de un sistema compresible simple cuando carece de efectos eléctricos,
magnéticos, gravitacionales, de movimiento y tensión superficial. Estos
efectos se deben a campos de fuerza externos y son insignificantes para la
mayor parte de los problemas de ingeniería, porque de lo contrario sería necesario
especificar una propiedad adicional para cada efecto importante. Si se
van a considerar los efectos gravitacionales, por ejemplo, se requiere especificar
la elevación z además de las dos propiedades necesarias para fijar el
estado.
El postulado de estado requiere que las dos propiedades especificadas
sean independientes para fijar el estado; y son independientes si una de ellas
puede variar mientras la otra se mantiene constante. Por ejemplo, la temperatura
y el volumen específico son siempre propiedades independientes,
y juntas fijan el estado de un sistema compresible simple (Fig. 1-29). Sin
embargo, la temperatura y la presión son propiedades independientes para
sistemas de una sola fase, pero son propiedades dependientes para sistemas
multifase. A nivel del mar (P 1 atm), el agua hierve a 100 °C, pero en la
cima de una montaña donde la presión es menor, el agua hierve a una temperatura
más baja. Es decir, T f(P) durante un proceso de cambio de fase;
así, la temperatura y la presión no son suficientes para fijar el estado de un
sistema de dos fases. Los procesos de cambio de fase se analizan con detalle
en el capítulo 3.
Nitrógeno
T = 25 °C
v = 0.9 m 3 /kg
FIGURA 1-29
El estado del nitrógeno se fija
mediante dos propiedades intensivas
independientes.
Propiedad A
1-7 ■ PROCESOS Y CICLOS
Cualquier cambio de un estado de equilibrio a otro experimentado por un
sistema es un proceso, y la serie de estados por los que pasa un sistema
durante este proceso es una trayectoria del proceso (Fig. 1-30). Para describir
completamente un proceso se deben especificar sus estados inicial y
final, así como la trayectoria que sigue y las interacciones con los alrededores.
Cuando un proceso se desarrolla de tal manera que todo el tiempo el sistema
permanece infinitesimalmente cerca de un estado de equilibrio, estamos
ante un proceso cuasiestático, o de cuasiequilibrio. Un proceso de este tipo
puede considerarse lo suficientemente lento como para permitirle al sistema
ajustarse internamente de modo que las propiedades de una de sus partes no
cambien más rápido que las de otras.
Esto se ilustra en la figura 1-31. Cuando un gas en un dispositivo de cilindro-émbolo
se comprime de forma repentina, las moléculas cercanas a la
superficie del émbolo no tendrán suficiente tiempo para escapar y se concentrarán
en una pequeña región frontal del émbolo, de modo que ahí se creará
una región de alta presión. Como resultado de esta diferencia de presión, ya
no se puede decir que el sistema está en equilibrio, lo cual hace que todo el
proceso no sea de cuasiequilibrio. Sin embargo, si el émbolo se mueve lentamente,
las moléculas tendrán tiempo suficiente para redistribuirse y no habrá
concentración de moléculas al frente del émbolo. Como resultado, la presión
dentro del cilindro siempre será uniforme y aumentará con la misma rapidez
en todos los lugares. Puesto que el equilibrio se mantiene todo el tiempo, se
trata de un proceso de cuasiequilibrio.
Se debe señalar que un proceso de cuasiequilibrio es un caso idealizado
y no corresponde a una representación auténtica de un proceso real. No obstante,
muchos procesos reales se aproximan bastante y es posible modelarlos
como de cuasiequilibrio con un margen de error insignificante. Los ingenieros
Estado 1
Estado 2
Trayectoria de proceso
Propiedad B
FIGURA 1-30
Un proceso entre los estados 1 y 2 y la
trayectoria del proceso.
a) Compresión lenta
(cuasiequilibrio)
b) Compresión muy rápida
(no cuasiequilibrio)
FIGURA 1-31
Procesos de compresión con y sin
cuasiequilibrio.