Transcription
Al finalizar este vídeo, sabrás qué es un sistema termodinámico abierto, uno cerrado y uno aislado. Bienvenido. [Música]
Y antes de hacer la clasificación de los sistemas termodinámicos, tenemos que definir qué es un sistema. Un sistema está definido como una cantidad de materia o una región en el espacio elegida para realizar un análisis.
Y ahora que ya tenemos la definición, les voy a presentar un sistema: esto que tenemos aquí dentro de esta nube cita. Y todo lo que se encuentre fuera de esta nube cita va a representar el entorno o los alrededores; o sea, todo lo que constituye al universo. Pero esta parte representa nuestro objeto de análisis. Y esto que tenemos en color azul lo podemos definir como la frontera. Esta frontera es lo que separa nuestro sistema de los alrededores.
Pero dentro de la termodinámica tenemos diferentes tipos de sistemas, y los vamos a clasificar según lo que está sucediendo. Este dibujo, que corresponde a un sistema aislado, como lo tenemos aquí, tiene la característica de que se encuentra completamente apartado del entorno y no hay transferencia ni de masa ni de calor ni de trabajo. Quiere decir que no hay interacciones de energía con el entorno para la sustancia que tenemos aquí adentro. Esto significa que tenemos fronteras. En este caso, la frontera puede ser muy sencilla de identificar, pero para resaltarla, la vamos a indicar con estas líneas punteadas en color rojo. Nosotros ya sabemos que la frontera denota lo que se tiene en este marco, que corresponde a un aislante ideal que no permite que haya flujo de calor ni de trabajo. Y así podemos concluir que en un sistema aislado no vamos a tener flujo de calor, tampoco flujo de trabajo y mucho menos flujo de masa.
Ahora vamos con el siguiente sistema termodinámico. Este dibujo corresponde a un sistema termodinámico cerrado, donde no hay interacciones de masa. Entendemos por cerrado que no va a haber flujo de masa entrando o saliendo; quiere decir que siempre va a existir la misma cantidad de sustancia dentro de donde estemos haciendo el análisis. Y podemos denotar nuestra frontera como las paredes del recipiente, que en este caso corresponde a un dispositivo cilindro-émbolo. Y aquí tenemos denotado con líneas punteadas en color rojo lo que representa nuestra frontera. Hay que resaltar que dentro de las fronteras tenemos fronteras fijas y móviles. En este caso, como es un dispositivo cilindro-émbolo, las fronteras pueden ser móviles, dado que la parte superior va a poder hacer un trabajo de compresión o de expansión. La masa se va a mantener constante, pero puede cambiar el volumen de la sustancia que tenemos en nuestro sistema, dado que se trata de un fluido comprensible.
Hasta este momento tenemos entendido que no va a haber entrada ni salida de masa, pero sí puede haber entrada y salida de calor o de trabajo. El trabajo puede ser de compresión o de expansión de eje o de flecha, o trabajo eléctrico. Esto depende del proceso termodinámico que estemos analizando. Pero también puede existir un flujo de calor que vaya de nuestro sistema hacia el entorno o del entorno hacia el sistema, dependiendo de las diferencias de temperatura. Así concluimos que en este tipo de sistema puede haber flujo de calor o de trabajo, pero no flujo de masa.
Ahora vamos con el último sistema termodinámico. Aquí tenemos representado en este dibujo un sistema termodinámico abierto, conocido también como volumen de control, donde aquí sí va a poder existir un flujo de masa, pero también va a poder existir un flujo de calor. Y en este tipo de sistemas podemos tener diferentes dispositivos; en este caso se tiene una turbina, pero también podemos tener una tobera, un compresor, etcétera. Ahora, denotemos la frontera en este sistema. Y una vez identificada la frontera, así como en el caso anterior teníamos una frontera móvil, en este caso la frontera es fija, pero además tenemos la clasificación de frontera imaginaria y de frontera real. La frontera real es lo que se encuentra en los límites de nuestro sistema, que de manera física es la turbina; pero la parte de frontera imaginaria es donde se tiene la entrada o la salida de flujo. Y como se trata de una turbina, este elemento que tenemos aquí es un eje que entrega trabajo. Por otra parte, puede existir un flujo de calor entre nuestro sistema y el entorno por una diferencia de temperaturas, pero además existirá un flujo de la sustancia de trabajo, que en este caso es vapor de agua, donde la misma cantidad de fluido que entra por un lado tiene que ser la misma cantidad de fluido que salga por el otro en el mismo intervalo de tiempo. Y así concluimos que en un sistema termodinámico abierto hay flujo de calor, flujo de trabajo y también flujo de masa.
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