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TRABAJO DE FRONTERA MOVIL

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on 2 November 2015

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FRONTERA MOVIL
Frontera movil
SISTEMAS TERMODINAMICOS

Un sistema termodinámico se define como una región o porción del materia o espacio, sobre el cual se fija la atención para realizar un análisis térmico detallado. Los elementos de un sistema termodinámico son los alrededores o entornos y las fronteras.

Fronteras: superficie que separa el sistema de los alrededores, puede ser fija o móvil.

Alrededores o entorno: todo lo que rodea las fronteras del sistema.


Es importante recordar que el trabajo es una función trayectoria, lo que significa que el trabajo dependerá del camino que tome un proceso para ir del estado 1 al estado 2. Es por eso que solo los analizamos en procesos de cuasi estáticos.
Para procesos isobáricos (donde la presión permanece constante durante el proceso) es posible simplificar la ecuación a
Wb = (V2 – V1) P
Si en cambio el proceso es Isocórico, entonces el sistema no realizó ningún trabajo.

Sistema termodinámico cerrado

En este tipo de sistema no hay flujo de masa atravesando las fronteras del sistema, el ejemplo típico de esta clase de sistema es el dispositivo cilíndrico embolo. Cuando además de no existe flujo de masa, el sistema no intercambia energía con el entorno se denomina sistema termodinámico aislado los sistemas cerrados son comúnmente llamados masa de control.

Sistema termodinámico abierto

Es un sistema termodinámico abierto existe flujo de masa pasando atreves de las fronteras del sistema, es el caso de cómo se modelan las turbinas, compresores, bombas, calderas y otros. Típicamente el sistema abierto se denomina volumen de control y las fronteras del sistema abierto se conocen como la superficie del de control.

La energía puede entrar o salir de un sistema en forma de trabajo. Este trabajo se presenta por ejemplo en un recipiente con embolo al cual se le suministra una fuerza o bien, la expansión del fluido hace que se desplace. El trabajo de frontera móvil se estudia por la termodinámica en procesos cuasi estáticos pues a altas velocidades es difícil determinar las trayectorias que recorren los procesos.
Considerando un sistema de cilindrico embolo de presión (P), volumen (V) y un embolo de área (A), el trabajo de frontera viene expresado:
dw = Fds
Donde:
ds: es el desplazamiento diferencial de embolo.
dw: es la diferencial del trabajo.
Esta expresión podemos reordenarla así
dw = Pdv
Donde:
dv: es el cambio diferencial de volumen

Observe que cuando dividimos F / A = P y multiplicamos ds (A) = dv en realidad aplicamos el idéntico multiplicativo y no afectamos la ecuación.
Dependiendo si se trata de expansión o de compresión, dv se considerara positivo o negativo respectivamente.
Aplicando la integración definida en los dos estados inicial y final podemos encontrar la suma de trabajos diferenciales por incremento de volumen diferencial lo que nos dará como resultado un trabajo total.

Donde:
Wb es el trabajo total de frontera móvil.
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