Equilibrio termodinámico

Cuando un sistema modifica su estado, tienen lugar acciones mutuas entre el sistema y el medio exterior.

Estas acciones recíprocas pueden ser de carácter mecánico, técnico o químico, es decir:

  1. A) Equilibrio mecánico

    Si no existe equilibrio mecánico, es decir, si entre el sistema y el medio exterior se ejercen fuerzas, el sistema, o el sistema y el medio experimentan un cambio de estado, el cual no cesará hasta que se haya restablecido el equilibrio mecánico.

  2. B) Equilibrio térmico

    Si no existe equilibrio térmico, es decir, si todas las partes de un sistema no se encuentran a la misma temperatura y esta no es igual a la del medio ambiente, también tendrá lugar un cambio de estado que cesará solo cuando el sistema y el medio ambiente alcancen el equilibrio térmico.

  3. C) Equilibrio químico

    Si no existe equilibrio químico, es decir, si el sistema puede experimentar un cambio espontáneo de su estructura interna, tal como una reacción química o un paso de materia de una parte a otra, se produce un cambio.

    El cambio de estado del sistema cesa cuando alcanza un equilibrio químico. Así, por ejemplo, la atmósfera posee equilibrio químico pues está constituida por una mezcla de gases inertes entre los cuales no puede producirse ninguna reacción química.

En consecuencia, se dice que un sistema posee equilibrio termodinámico cuando se encuentran en equilibrio mecánico, térmico y químico. Si el sistema se encuentra en equilibrio termodinámico con el medio ambiente, se encuentra en estado muerto. Habiendo equilibrio termodinámico, no habrá tendencia a producirse ningún cambio del estado en el sistema o mundo exterior.

En cambio, si un sistema no cumple con algunos de los 3 equilibrios, no tendrá equilibrio termodinámico y, en consecuencia, los estados por los cuales pasa el sistema no se pueden definir en función de variables termodinámicas que se refieran al sistema en conjunto.

Un sistema en conjunto realiza trabajo externo

Cuando se desplaza venciendo las resistencias que lo sujetan. Así, por ejemplo, el gas encerrado en un cilindro a una presión uniforme realiza trabajo externo sobre el medio que lo rodea cuando se expande y hace desplazar el émbolo desde la posición CD hasta la EF.

En cambio, el trabajo que realiza una parte del sistema sobre otra parte del mismo se define como: Trabajo interno. Así, por ejemplo, las acciones mutuas de las moléculas de un gas. Pero el trabajo interno no interesa en la termodinámica, solo se ocupa del trabajo producido por la interacción entre un sistema y su medio ambiente, es decir, del trabajo externo.

Por convención, el trabajo realizado por el sistema sobre el medio exterior es positivo, el realizado por el medio exterior sobre el sistema es negativo. Así, por ejemplo, durante la expansión de un gas por efecto de la temperatura, se realiza un trabajo positivo, ya que el gas lo realiza sobre el medio ambiente.

En cambio, en su compresión, se realiza un trabajo negativo, pues en este caso es el medio exterior quien lo realiza sobre el gas.

En los sistemas termoelásticos se pueden presentar 3 clases de trabajos externos, los cuales son:

  1. A) Trabajo de compresión

    Es aquel cuando el sistema aumenta de volumen venciendo la presión del medio ambiente o cuando disminuye su volumen vencido por esa presión del medio ambiente.

    W = P.S.L = P.V

  2. B) Trabajo de expansión

    Supongamos que el esquema es un sistema de volumen que se encuentra sometido a la presión constante del medio exterior y por efecto de un aumento de temperatura se expande, realiza un trabajo externo positivo:

    dw = P.ds.dh

    ds.dh = dv / dw = P.dv

    Cuando el sistema se expande desde el volumen 1 hasta el final V2 efectuará un trabajo total de expansión que se calcula así:

    W = ∫v2 y v1 p.dv

    Si la presión es constante:

    W = P.∫v2 y v1. dv. P. (V2 – V1)

    W = P.(V2 – V1)

  3. C) Trabajo de circulación

    Producido cuando a un sistema de control llega un cierto flujo de masa por un límite y sale otro por otro límite. En este caso, el trabajo necesario para que el volumen V1 del conducto 1 penetre al sistema, a través del área S1 del límite, venciendo la presión P1 del sistema:

    W1 = P1.S1.L1 = P1.V1

    El trabajo necesario para que V2 del conducto 2 salga del sistema, a través de S2 del límite, venciendo la P2 del medio ambiente:

    W2 = P2.S2.L2 = P2.V2

    Por la convención adoptada anteriormente, este segundo trabajo es positivo, por cuanto lo realiza el sistema al medio exterior. En cambio, el anterior es negativo por cuanto el medio exterior lo realiza sobre el sistema.

B) Trabajo de flujo

: Se produce cuando hay flujo de
masa,es decir en el caso de un vol o sist de control
si una sust fluye hacia o desde un sistema.
Se observa que cuando la sust entra o sale del sist
va actuando una cierta cantidad de energia,denominada
trabajo de flujo. Para que el vol v de gas que viene por
el conducto pueda atravesar el limite del sistema. A
traves de un area S y venciendo la presion P del sistema
es necesario efecuar sobre dicho vol de gas, un trabajo
que si P.s es la puerta a vencer, L la longitud sera igual
a los sig:W=P.S.L=P.V / W=P.V
Interpretacion del diagrama de clapeyro
Sabemos que los estados termodinamicos se pueden
representar mediante un punto en el espacio o en el
plano. De la misma podemos representar las
transformaciones cuando el gasen estudio que posee
un estado inicial pasa a (P,v,T) aunque algunas de
ellas pueden permanecer constante. La superficie
generada por esa transformacion representa el trabajo
termodinamico generado por el sistema que puede ser
positivo o negativo segun se trate de una expansion o
compresion respectivamente.

Maquinas rotativas electricas
Dentro de esta categoria tenemos a todas aquellas
maquinas electricas que funcionan produciendo un
movimiento rotatorio,siendo el caso de que trabajen
como motor o como generador. Se llama motor a la
maquina electrica que toma energia electrica y la
transforma en energia mecanica y un generador es
aquella maquina que recibe energia mecanica a traves
de un movimiento y la transforma en energia electrica
Maquinas asincronicas de induccion trifasica
Los motores asincronicos constan dos partes
fundamentales.
Estator: Es la parte fija del moto,esta constituido por
una carcasa en la que esta fijada a una corona de chapa
de acero al silicio. Los bobinados estan dispuestos en
ranuras formando las bobinas que se dispondran en
tantos circuitos como fases tenga la red a la que se
conectara la maquina.
Rotor: Es la parte movil del motor esta situado en el
interior del estator y consiste en un nucleo de chapas
de acero apiladas que forman un cilindro. Los tipos mas
utilizados son: jaula de ardilla y rotor bobinado.
Se los denomina motores de induccion debido a que su
funcionamiento se basa en la interaccion de campos
magneticos producidos por corrientes electricas,la
misma que circula por el rotor es producida por el
fenomeno de induccion electromagnetica
Deslizamiento
La velocidad del rotor “n”  es inferior a la velocidad del
campo magnetico rotante “ns”. La diferencia de estas
velocidades se la expresa por medio de deslizamiento
s=ns-n/ns.
Motor asincronico trifasico con rotor bobinado
Hay una serie de motores asincronicos cuyo rotor esta
constituido por bobinas conectadas en estrella en uno
de los extremos quedando los otros 3 extremos de
bobina conectados a anillos rozantes.
Motores sincronicos
Los motores sincronicos son maquinas sincronicas
reversibles ya que se puede utilizar como generador
de corriente alterna o como motor sincronico. Esta
constituida por dos devanados independientes
a: un devanado inductor,constituido en forma de
arrollamiento por corriente continua que dan lugar a



los polos de la de las maquinas y que se coloca en el
rotor b: un devanado inducido formando un
arrollamiento trifasico recorrido por corriente alterna
ubicado: en el estator. La estructura del rotor puede
ser en forma de polos salientes o polos lisos
n=60.F/P     S=Ns-N/Ns   S%=Ns-N/Ns .100%
P1=pabsorvida=V1. I1 .cosφ