Unidad 1. Actividad 2. Caracterizando sistemas

Desarrollo:

Momento 1.

Las montañas ya sean grandes o pequeñas y el terreno que genéricamente se le llama complejo, causan una modificación a nivel meteorológico tanto a escala planetaria como a nivel regional y local. Los efectos que genera la topografía una gran variedad de escalares tanto en espacio como en tiempo generándose una jerarquía de sistemas de circulación los cuales parten de factores termodinámicos.

Los factores dinámicos actúan a una escala planetaria, sinóptica y local. Incluso el efecto Föhn se puede incluir como consecuencia termodinámica del flujo con la orografía.

Características del Popocatépetl.

Este volcán se considera como el segundo más alto en la República Mexicana, tiene según datos del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) tiene una altitud sobre el nivel del mar de 5465m, teniendo unas temperaturas que abarcan desde los 32ºC como máxima y -10ºC como mínima. Tiene 1 mmHg[1] por cada 10m de elevación en él, su presión atmosférica (eso quiere decir que cada 10m la presión decrece).

Actualmente el Popocatépetl se encuentra cerrado para el público en general, debido a su constante actividad volcánica.

En un ascenso de montaña existen varias variables que influyen en los sistemas termodinámicos se pueden considerar la presión, la temperatura y la masa. Se tiene conocimiento que durante un ascenso de montaña se tienen diversas variables:

1.    La creciente disminución de temperatura.

2.    A mayor altura menor presión barométrica.

3.     También a mayor altura menor cantidad de oxígeno.

Haciendo un análisis podemos decir que hay dos sistemas termodinámicos que influyen en el ascenso al Popocatépetl, el de la montaña y el del alpinista.

En el de la montaña las variables que se deben considerar serian:

·         La presión.

·         La temperatura.

Y en el alpinista se deben de considerar:

·         La presión

·         La temperatura.

·         La masa.

Momento 2.

Con base en lo anterior identifica tres sistemas termodinámicos diferentes que consideres pertinente de contemplar para realizar el viaje y caracteriza cada sistema:

Tipo de sistema	Características del sistema	Ejemplo	Tipo de frontera	Variables termodinámicas	Datos de las variables
Abierto	Es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.	El cuerpo humano	Se puede considerar como frontera su piel, así que es diatérmico.	Masa Temperatura Presión	Kg o mol ºK o ºC kPa
Cerrado	Es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante)	Termómetro	Diatérmico, dado que se ve afectado por la temperatura.	Temperatura	ºK o ºC
Aislado	Es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.	Termo de café.	Adiabático, dado que mantiene el calor del líquido sin ser afectado de manera inmediata por la temperatura exterior	Volumen Masa Temperatura	M3 o lt Kg o mol ºK o ºC

Referencias

Berghaenel, R. P. (10 de octubre de 2013). Tiempo.com. Recuperado el 23 de septiembre de 2019, de https://www.tiempo.com/ram/166/meteorologia-de-montana/

Departamento de Física Aplicada III. (14 de febrero de 2017). Recuperado el 23 de septiembre de 2019, de Universidad de Sevilla: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Sistemas_termodin%C3%A1micos_(GIE)

Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). (s.f.). Recuperado el 23 de septiembre de 2019, de http://cuentame.inegi.org.mx/monografias/informacion/pue/territorio/relieve.aspx?tema=me&e=21

Martín Blas, T., & Serrano Fernández, A. (s.f.). Termodinámica. Recuperado el 23 de septiembre de 2019, de Universidad Politécnica de Madrid: http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/termo1p/sistema.html

Martín Domingo , A. (5 de octubre de 2015). Archivo Digital. Recuperado el 23 de septiembre de 2019, de Universidad Politécnica de Madrid: http://oa.upm.es/38735/1/amd-apuntes-termodinamica-v3_0.pdf

 

 

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[1] Milímetros de mercurio

Unidad 1. Actividad 1. Sistemas termodinámicos del entorno

Desarrollo:

¿Qué estudia la termodinámica?

Es la rama de la física que estudia los efectos de los cambios de temperatura, presión y volumen de un sistema físico, ya sea un material, un líquido o un conjunto de cuerpos a nivel macroscópico.

Su raíz proviene del griego (Θέρμη: termo) y poder o fuerza (δύναμις: dynamis), por consiguiente, podemos decir que la termodinámica estudia el movimiento del calor de un cuerpo.

¿Qué importancia crees que tenga está materia en tu carrera?

La termodinámica en la ingeniería ambiental permite a el ingeniero poder hacer análisis macroscópicos de las diferentes sustancias, aplicando las leyes de la energía y los conocimientos de balances de energía en industrias, terminación de procesos de combustión, evaluaciones de condiciones de equilibrio, procesos de separación, celdas electroquímicas, fenómenos superficiales, manejo y la comprensión del medio ambiente.

Por ello la importancia de esta materia en nuestra carrera.

¿Qué entiendes por un sistema termodinámico?

Es una porción del espacio material, separada del resto del universo termodinámico por medio de una superficie de control real o imaginario, rígida o deformable, puede ser el asiento de transformaciones internas e intercambios de materia o energía con el entorno externo.

Un sistema termodinámico se puede clasificar en tres formas:

·         Sistema abierto, esto quiere decir que permite un flujo con el entorno externo, tanto la masa como la energía a través de su límite.

·         Sistema cerrado, es cuando el flujo de energía se permite con el exterior a través de su frontera, pero no de su masa.

·         Sistema adiabático. Es cuando el sistema no hace un intercambio de calor con el ambiente.

·         Aislado. Es cuando no permite un flujo de energía o masa con el entorno externo.

¿Cuáles son las variables termodinámicas que tú conoces?

Las variables termodinámicas también se le conocen como variales de estado, son aquellas que se emplean para poder describir el estado de un sistema termodinámico. Estas dependen de la naturaleza del sistema termodinámico. Por ejemplo, para un gas tenemos las siguientes variables:

·         Masa (m o n): está es la cantidad de sustancia que tiene un sistema termodinámico. Dado que se usa generalmente el sistema internacional de medidas, está variable se puede medir en kilogramos (Kg) o en número de moles (mol).

·         Volumen (V): es el espacio que ocupa el sistema, se puede expresar en metros cúbicos (m³) y en algunos casos se utiliza también el litro (L). El cual se puede convertir a metros cúbicos siguiendo la siguiente conversión:

1L = 10^-3 m³

·         Presión (p): es la fuerza por unidad de área, la cual está aplicada sobre un cuerpo de manera perpendicular a su superficie. Está variable es expresada en pascales (Pa). La atmósfera es una unidad de presión la cual es usada de manera común y su conversión a pascales es:

1 atm @ 10⁵ Pa

·         Temperatura (t): esta variable está relacionada con la energía cinética y es una magnitud que determina el flujo de calor que se general al contacto de dos cuerpos. Se puede representar en dos formas: Grados Kelvin (K) o Celsius (C).  la conversión de estas dos escalas se hace de la siguiente manera:

T(K)= t(ºC)+273

Da un ejemplo que corresponda a un sistema termodinámico, de cualquier tipo y descríbelo.

Un ejemplo de un sistema termodinámico cerrado, en donde la materia no cruza el límite del sistema, pero la energía si lo puede cruzar en forma de calor es el de una olla de presión.

Tomando en cuenta que la temperatura de saturación es la temperatura a la que una sustancia cambia de fase, esto quiere decir cuando un líquido se transforma en vapor por la acción calórica, esto dependen de la presión del sistema, entre mayor sea la presión mayor será la temperatura, esto quiere decir que se ve afectado por la altura en donde se use la olla de presión. En pocas palabras, el tiempo de cocción de un alimento sería mayor en la ciudad de México que en Yucatán.

Las ollas de presión generalmente trabajan a presiones aproximadas a los 3 atm o 304.1KPa generando una temperatura de aproximadamente 130ºC.

Referencias

Energía Solar. (19 de diciembre de 2017). Recuperado el 21 de septiembre de 2019, de https://solar-energia.net/termodinamica/sistema-termodinamico

Ingeniería Química del Instituto Tecnológico de Toluca. (marzo de 2010). Recuperado el 22 de septiembre de 2019, de http://iqtermodinamica.blogspot.com/2010/03/como-funciona-una-olla-de-presion.html

Martín Blas, T., & Serrano Fernández, A. (s.f.). Termodinámica. (Universidad Politécnica de Madrid (UPM)) Recuperado el 21 de septiembre de 2019, de http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/termo1p/variables.html

Termodinámica. (s.f.). Recuperado el 21 de septiembre de 2019 , de https://solar-energia.net/termodinamica

TERMODINÁMICA AMBIENTAL. (2017). 3. Orizaba, México. Recuperado el 21 de septiembre de 2019, de https://www.uv.mx/orizaba/cq/files/2017/06/38-Termodinamica-Ambiental.pdf