Las variables termodinámicas o variables de estado son las magnitudes que se emplean para describir el estado de un sistema termodinámico. Dependiendo de la naturaleza del sistema termodinámico objeto de estudio, pueden elegirse distintos conjuntos de variables termodinámicas para describirlo. En el caso de un gas, estas variables son:

Masa (m ó n): es la cantidad de sustancia que tiene el sistema. En el Sistema Internacional se expresa respectivamente en kilogramos (kg) o en número de moles (mol).

Volumen (V): es el espacio tridimensional que ocupa el sistema. En el Sistema Internacional se expresa en metros cúbicos (m3). Si bien el litro (l) no es una unidad del Sistema Internacional, es ampliamente utilizada. Su conversión a metros cúbicos es: 1 l = 10-3 m3.

Presión (p): Es la fuerza por unidad de área aplicada sobre un cuerpo en la dirección perpendicular a su superficie. En el Sistema Internacional se expresa en pascales (Pa). La atmósfera es una unidad de presión comúnmente utilizada. Su conversión a pascales es: 1 atm ≅ 105 Pa.

Temperatura (T ó t): A nivel microscópico la temperatura de un sistema está relacionada con la energía cinética que tienen las moléculas que lo constituyen. Macroscópicamente, la temperatura es una magnitud que determina el sentido en que se produce el flujo de calor cuando dos cuerpos se ponen en contacto. En el Sistema Internacional se mide en kelvin (K), aunque la escala Celsius se emplea con frecuencia. La conversión entre las dos escalas es: T (K) = t (ºC) + 273.

En la siguiente figura se ha representado un gas encerrado en un recipiente y las variables termodinámicas que describen su estado.

Cuando un sistema se encuentra en equilibrio, las variables termodinámicas están relacionadas mediante una ecuación denominada ecuación de estado.

Variables extensivas e intensivas

En termodinámica, una variable extensiva es una magnitud cuyo valor es proporcional al tamaño del sistema que describe. Esta magnitud puede ser expresada como suma de las magnitudes de un conjunto de subsistemas que formen el sistema original. Por ejemplo la masa y el volumen son variables extensivas.

Una variable intensiva es aquella cuyo valor no depende del tamaño ni la cantidad de materia del sistema. Es decir, tiene el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas del mismo. La temperatura y la presión son variables intensivas.

Función de estado

Una función de estado es una propiedad de un sistema termodinámico que depende sólo del estado del sistema, y no de la forma en que el sistema llegó a dicho estado. Por ejemplo, la energía interna y la entropía son funciones de estado.

El calor y el trabajo no son funciones de estado, ya que su valor depende del tipo de transformación que experimenta un sistema desde su estado inicial a su estado final.

Las funciones de estado pueden verse como propiedades del sistema, mientras que las funciones que no son de estado representan procesos en los que las funciones de estado varían.

variables termodinámicas y funciones de estado

Visualizaciones : 58381More Sharing ServicesCompartirHemos visto en el primer apartado de introducción a la termodinámica química el concepto de sistema y los tipos de sistemas termodinámicos existentes. Ahora bien, una vez delimitado un sistema termodinámico, ¿qué necesitamos conocer para definirlo en profundidad? Necesitamos conocer, además de la composición química del sistema, el valor de una serie de variables que determinan el estado del mismo desde un punto de vista macroscópico. A estas variables se las denomina Variables Termodinámicas. Algunos ejemplos de Variables Termodinámicas son: volumen, temperatura, presión… 

Tipos de Variables termodinámicas: extensivas e intensivas 

Las variables termodinámicas se clasifican en dos tipos, atendiendo a su dependencia o independencia con la cantidad total de materia presente en el sistema. Así, tenemos:

Variables extensivas : si su valor depende de la cantidad o porción de sistema que se considera, por ejemplo: masa, volumen, número de moles…

Variables intensivas : si su valor no depende de la cantidad de sistema considerado, por ejemplo: temperatura, densidad, presión, concentración…

En la tabla siguiente se muestran algunas variables extensivas e intensivas: 

 

Una forma sencilla de distinguir si una variable es extensiva o intensiva es dividir el sistema en dos bloques iguales y considerar si dicha variable cambia o se mantiene constante con respecto al sistema completo. Imaginemos que tenemos el siguiente sistema, constituido por 1 mol de hidrógeno en un recipiente de 22,4 litros:

Aunque para el sistema anterior hemos indicado muchas variables, para describir por completo el estado de un sistema no es necesario conocerlas todas, se pueden limitar, dado que las variables termodinámicas se hallan relacionadas entre sí por ecuaciones matemáticas. Por ejemplo, la ecuación de Clapeyron para los gases ideales:

P·V = n·R·TDonde:

P = presión (atm o pascales, Pa)V = volumen (litros o m3)n = número de molesR = constante de los gases ideales, 0,082 atm·l/K·mol o 8,31 J/K·mol

T = temperatura en grados kelvin (K)Dada esta ecuación para los gases ideales, bastará conocer la presión, el volumen y la temperatura para definir el estado del sistema, y el número de moles, o la densidad, o la masa, se podrían calcular conociendo dichos valores de P, V y T. Por tanto, con estas variables el sistema quedaría totalmente descrito.

 

Procesos isotermos, isobáricos, isocoros y adiabáticos 

Un procedimiento habitual a nivel experimental para facilitar el estudio de los sistemas termodinámicos es limitar el número de variables de dicho sistema, manteniendo algunas fijas. Por ejemplo, si estudiamos un proceso a una temperatura constante de 25ºC, la temperatura dejará de ser una variable (no varía) y pasará a ser un valor numérico. Este tipo de proceso en el que se fija una variable adopta su nombre en función de cuál sea la variable fijada:

A los procesos que se llevan a cabo a temperatura constante, se los denomina isotermos o isotérmicos (T = cte)

A los procesos que se llevan a cabo a presión constante, se los denomina isobáricos (P = cte)

A los procesos que se llevan a cabo a volumen constante, se los denomina isocoros (V = cte)

A los procesos que se llevan a cabo sin transferencia de calor entre el sistema y el entorno, se los llama adiabáticos (Q = 0)

 

Definición de función de estadoPor último, aunque no por ello menos importante, debemos saber que algunas variables termodinámicas son, además, lo que se conoce como funciones de estado. ¿Qué significa esto? Significa que si el sistema sufre una modificación y pasa de un estado A a un estado B, el valor de estas variables termodinámicas que son funciones de estado no depende de cómo se ha efectuado la transformación, sólo del estado del sistema.Veremos esto con un ejemplo concreto para que sea más sencillo, tomando como variable la temperatura. Consideremos un sistema que está en un estado A en el cual la temperatura es de 20ºC. Este sistema sufre una transformación y pasa a estar en un estado B en el cual la temperatura es de 60ºC. El sistema en le estado B seguirá estando a 60ºC independientemente del camino que haya seguido

la transformación. No depende del camino que ha seguido dicha transformación, no importa si se ha calentado y luego enfriado, o si se ha calentado progresivamente… La temperatura en el estado B seguirá siendo de 60ºC, sin importar cómo se ha llegado a ello. Por esto, la temperatura es una función de estado, sólo depende del estado del sistema en el momento en que lo consideremos.

Otra forma de decir esto es que las variaciones que experimentan las funciones de estado sólo dependen del estado inicial y final del sistema. En nuestro caso la variación de temperatura es de 40ºC (60 – 20).

Otras variables termodinámicas que son función de estado son el volumen, la presión, y otros nuevos conceptos en los que vamos a profundizar a lo largo del tema como la energía interna, la entalpía, la entropía y la energía libre de Gibbs.

INSTRUMENTOS PARA MEDICIÓN DE PRESIÓN

By: DhaYzon Hdz On: 18:06  In: instrumentos para medición de presión  1 comment

TIPOS DE PRESIÓN

PRESIÓN ABSOLUTA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

PRESIÓN MANOMÉTRICA PRESIÓN DE VACIO

PRESION ABSOLUTA

Es la presión de un fluido medida con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. 

Este término se creó debido a que la presión atmosférica varía con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios.

PRESION ATMOSFERICA

Es la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). A nivel del mar o en alturas próximas a éste, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (760 mmHg), disminuyendo este valor con la altitud.

PRESIÓN MANOMÉTRICA

Es la presión superior a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que define la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica que existe.

El valor absoluto de la presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.

PRESIÓN DE VACÍO

Es la presión menor que la Presión atmosférica.Su valor está comprendido entre el Cero absoluto y el valor de la Presión atmosférica.La presión de vacio se mide con el Vacuómetro

UNIDADES DE LA PRESIÓN

En términos internacionales, la unidad de la presión es el Pascal

(Pa), según la 3ra Conferencia General de la Organización de Metrología Legal.

Sin embargo la presión también se expresa en muy diversas unidades, tales como: kg/cm2, Psi, cm de columna de agua,

pulgadas o cm de Hg, bar , etc.

Ejercicios de conversión de unidades de Presió

I.- Convertir

1. 321” Hg a Psi2. 5042 KPa a bar3. 272 cm H2O a “H2O4. 2,5 Atm a KPa5. 45 Psi a KPa6. 25 Bar a Kpa7. 26.5 atm a bar8. 682 bar a Psi9. 35 Psi a bar10. 754 “Hg a Kpa11. 563 bar a “Hg12. 95 Psi a “ Hg13. 36 bar a m H2O14. 76 atm a m H2O15. 83 m H2O a Kpa

MECANICOS

Son los elementos primarios de medición que pueden dar lectura directa o ser parte de los electromecánicos. Se usan en los procesos como instrumentos de campo.Se clasifican en:

ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICION DIRECTA.

ELEMENTOS PRIMARIOS ELÁSTICOS 

Se deforman por la presión interna del fluido que contienen.Tenemos:Tubo BourdonDiafragma Fuelle

TUBO BOURDON.

Es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo. La presión tiende a enderezarlo y su movimiento se transmite a la aguja por medio de un sector dentado y un piñón , siguiendo una ley determinada empíricamente. La aguja indicadora con un dial indica el valor de la presión.Pueden ser de 3 tiposTipo CEspiralHelicoidal

NEUMÁTICOS.

Como elementos neumáticos consideramos los instrumentos transmisores neumáticos cuya variable de medida es la presión adecuada al campo de medida correspondiente. El tipo de transmisor queda establecido por el campo de medida del elemento