Universidad de Carabobo Facultad de Ingeniería Estudios Básicos Departamento de Física Cátedra de Termodinámica General

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1 Universidad de Carabobo acultad de Ingeniería Estudios Básicos Departamento de ísica Cátedra de Termodinámica General rof. Alberto Martínez M. Semestre 2º 2012 Material complementario: resión de un fluido El presente material está estructurado de la siguiente manera: 1. Definición de fluido. 2. Definición de presión. 3. Diferencia entre presión relativa absoluta. 4. Unidades de presión más utilizadas. 5. Análisis de algunos procesos que se llevan a cabo a presión constante. 6. Análisis de algunos procesos que se llevan a cabo a volumen constante. Un fluido es cualquier sustancia que ofrezca poca o ninguna resistencia a esfuerzos tangenciales cortantes. En un fluido, las moléculas se mantienen en movimiento, ligadas por fuerzas cohesivas débiles, de modo que al ser sometido a esfuerzos cortantes sus capas contiguas se desplazan fácilmente. Esto le da a los fluidos su habilidad para fluir adoptar la forma del recipiente. Tanto los líquidos como los gases son fluidos. Las moléculas de un fluido están en constante movimiento, colisionando entre sí también con las paredes del recipiente. La presión es el resultado de la transferencia de cantidad de movimiento durante estos choques. La presión media en cualquier superficie de área A se define como la fuerza normal por unidad de área. (igueroa, 2008, p.2) Al momento de realizar el análisis termodinámico de cierto proceso son muchas las variables involucradas. Una de ellas que se trata con frecuencia es la presión, la cual puede ser absoluta o relativa, según como sea medida. recisamente, es la presión absoluta la que se tomará en cuenta más adelante al analizar los distos procesos estudiados en este curso, por lo que por ejemplo, para el empleo de la ecuación de estado de gas ideal de la carta de compresibilidad generalizada, las presiones deben ser absolutas. 1 Universidad de Carabobo rof. Alberto Martínez M.

2 resión absoluta: es la presión real en una posición dada se mide respecto al vacío absoluto, es decir la presión del cero absoluto. resión relativa: es la presión medida con un manómetro no es más que la diferencia entre la presión absoluta la osférica. Entre las unidades más utilizadas para expresar la presión tanto absoluta como relativa están: a sus múltiplos más comunes (ka = 10 3 a Ma = 10 6 a), bar,, psi ( psig para presiones relativas psia para presiones absolutas). A pesar de las pequeñas variaciones de presión que pudieran presentarse, muchos de los procesos industriales pueden considerarse que ocurren prácticamente a presión constante (isobáricos). or otro lado, si durante el proceso no se dan cambios en el volumen del sistema analizado, decimos entonces que el proceso es isocórico o isométrico. ara ilustrar lo anteriormente expuesto, en el presente material se plantean distas situaciones con el objeto de identificar si el proceso en cuestión se desarrolla a presión constante o a volumen constante. Consideremos entonces un recipiente cilíndrico vertical provisto de un pistón de masa M con sección transversal de área A. Utilizaremos un diagrama de cuerpo libre (D.C.L) del pistón la segunda le de ewton para analizar el comportamiento de la presión en cada caso. ara ello, haremos las siguientes consideraciones: La fuerza de roce entre el pistón la pared del cilindro es despreciable. El pistón se mueve en condición de cuasiequilibrio (mu lentamente). Tanto el recipiente cilíndrico como el pistón son cuerpos rígidos. Llamaremos presión erna ( ) a la presión ejercida por el fluido de trabajo sobre la cara superior del pistón, mientras que la presión erna ( ) vendrá dada por la suma de las presiones ejercidas por la ósfera el pistón (debida a su peso). 1 er caso: el pistón se encuentra inicialmente en equilibrio en el estado inicial. Se transfiere calor al fluido el pistón se eleva lentamente hasta llegar al estado final. 2 Universidad de Carabobo rof. Alberto Martínez M.

3 D.C.L. A A A (ec. I) A = 0 A Representamos solo fuerzas en el D.C.L. Recordemos que:.a El D.C.L. anterior es el mismo en la posición inicial, en la posición final en cualquier posición ermedia del pistón, siendo la presión erna igual a la presión erna (ec. I). En vista que ni la presión osférica ni el peso del pistón varían durante el proceso que el pistón se mueve en condición de cuasiequilibrio, se puede decir que el proceso ocurre a presión constante. 2 do caso: el pistón se encuentra inicialmente descansando sobre unos topes inferiores en el estado inicial. Se transfiere calor al fluido el pistón se eleva lentamente hasta llegar al estado final. D.C.L. (osición 1) R A A R A 2R 2R A A topes (ec. II) A = 0 Según la ec. II, la presión erna inicial es menor que la presión erna (constante), por lo cual el pistón no comenzará de inmediato a moverse. A medida que la presión erna aumente, la presión ejercida por los topes ( topes ) irá disminuendo debido a la tendencia del pistón a despegarse de los mismos. En el momento en que el pistón se ha separado infinitesimalmente de los topes ( topes = 0), el D.C.L. de éste será exactamente igual al obtenido para el 1 er caso, por lo cual de ahí en adelante el movimiento del pistón será idéntico al a explicado anteriormente. 3 Universidad de Carabobo rof. Alberto Martínez M.

4 D.C.L. (osición 2) A A En caso que inicialmente topes = 0, ( ), el pistón comenzará a moverse de inmediato. 3 er caso: el pistón se encuentra inicialmente en equilibrio en el estado inicial. Se transfiere calor al fluido el pistón se eleva lentamente hasta que toca los topes superiores. Se sigue calentando hasta que el fluido llega al estado final. D.C.L. (osición 1) A A A (ec. III) A = 0 A En la ec. III se observa que el pistón en el estado inicial comenzará de una vez a moverse a que las presiones erna erna son iguales entre sí. Tal como se explicó para el 1 er caso, el pistón se desplazará a presión constante hasta encontrarse a una separación infinitesimal de los topes superiores ( topes = 0). Al seguir calentando, la presión erna aumentará por lo que los topes deben ejercer presión sobre el pistón para que éste se mantenga en la misma posición. D.C.L. (osición 2) R A R A 2R 2R A A topes (ec. I) A = 0 A 4 Universidad de Carabobo rof. Alberto Martínez M.

5 Según la ec. I, la presión erna final es maor que la presión erna (constante), por lo cual el pistón una vez que haa tocado los topes experimentará un proceso a volumen constante. Obviamente esta condición se mantendrá hasta que los topes alcancen su presión máxima posible, en cuo caso éstos podrían romperse al cabo de cierto tiempo. Referencias bibliográficas igueroa, D. (2008). luidos Termodinámica (3a. ed.). Caracas: Miguel Ángel García e hijo. ortillo, L. de, ranceschi, K. Mujica de Monzón,. (2005). [Guía sobre tópicos relacionados con el concepto de presión]. Bárbula: Universidad de Carabobo, acultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Química. 5 Universidad de Carabobo rof. Alberto Martínez M.

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