qwertyuiopasdfghjklzxcvbn mqwertyuiopasdfghjklzxcv bnmqwertyuiopasdfghjklzx TERMODINAMICA cvbnmqwertyuiopasdfghjkl EVIDENCIA DE APRENDIZAJE zxcvbnmqwertyuiopasdfghj .ESCALANDO EL POPO:SOL POPO:SOLUCION UCION Y REPORTE FINAL klzxcvbnmqwertyuiopasdfg hjklzxcvbnmqwertyuiopasd fghjklzxcvbnmqwertyuiopa sdfghjklzxcvbnmqwertyuio pasdfghjklzxcvbnmqwertyu iopasdfghjklzxcvbnmqwert yuiopasdfghjklzxcvbnmqwe rtyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbn mqwertyuiopasdfghjklzxcv bnmqwertyuiopasdfghjklzx 01/09/2013
Adriana González Rodríguez
INTRODUCCIÓN El interior de la Tierra está caliente y los materiales que la componen se hallan en continuo movimiento. Esta energía interna es muy evidente cuando los volcanes expulsan lava caliente en explosiones violentas, o cuando los terremotos desplazan bloques de rocas y abren grietas en el suelo. La superficie terrestre está fracturada en bloques, las placas, que se desplazan sobre el manto terrestre. El movimiento entre placas contiguas determina el relieve terrestre La Tierra emite constantemente calor hacia el exterior ya que ascienden grandes masas de magma caliente. El magma está constituido por rocas fundidas que se encuentran a elevada temperatura. Cuando llegan a la superficie terrestre forman volcanes. Las rocas del manto también se desplazan en horizontal. Este movimiento es muy importante porque determina el relieve terrestre Los volcanes se forman cuando el magma asciende hasta la superficie terrestre. Durante las erupciones, se producen explosiones cuando se desprenden los gases del magma. Entonces la lava sale al exterior formando coladas y se enfría rápidamente En las erupciones, el volcán emite gases, lavas y productos sólidos, denominados piro clastos: Los gases ayudan a que la lava salga. Entre ellos hay dióxido de carbono, cloruro de hidrógeno, gases de azufre y cloro. Las lavas son los productos líquidos expulsados por los volcanes. Los piro clastos son materiales que cuando son expulsados por el volcán se solidifican total o parcialmente en el aire. Se clasifican en bombas, lapillis y cenizas El Popocatépetl (Del náhuatl popoca, humear, y tépetl, cerro) está situado en la parte central de la Faja Volcánica Trans-Mexicana y es el volcán activo más joven de una cadena de volcanes con tendencia N-S (Popocatépetl, Iztaccíhuatl, Tláloc) originados por la subducción de la placa de Cocos. El volcán Popocatépetl se localiza a los 19.023°N de latitud y 98.662° W de longitud. Tiene una altura de 5452 msnm, un cráter de 900 m de diámetro con una profundidad promedio de 300 m. Su edificio cubre un área de 500 km2 abarcando los estados de Puebla, México y Morelos.} Hay muchos factores que controlan explosividad de las erupciones como nueva inyección de magma, la acumulación interna de la presión, la viscosidad del magma, el gas contenido y si el sistema de conductos se sella. Con el fin de reconocer estos procesos, el seguimiento del comportamiento de las tasas de emisión de SO2, en combinación con otras fuentes de información tales como la sismicidad, pueden ser importantes. En lo que respecta al gas, las emisiones de SO2 dan alguna indicación de la cantidad de gas se encuentra en magmas.
DESARROLLO El Popocatépetl (Del náhuatl popoca, humear, y tépetl, cerro) está situado en la parte central de la Faja Volcánica Trans-Mexicana y es el volcán activo más joven de una cadena de volcanes con tendencia N-S(Popocatépetl, Iztaccíhuatl, Tláloc) originados por la subducción de la placa de Cocos. El volcán Popocatépetl se localiza a los 19.023°N de latitud y 98.662° W de longitud. Tiene una altura de 5452 msnm, un cráter de 900 m de diámetro con una profundidad promedio de 300 m.Su edificio cubre un área de 500 km2 abarcando los estados de Puebla, México y Morelos. Hay muchos factores que controlan explosividad de las erupciones como nueva inyección de magma, la acumulación interna de la presión, la viscosidad del magma, el gas contenido y si el sistema de conductos se sella. Con el fin de reconocer estos procesos, el seguimiento del comportamiento de las tasas de emisión de SO2, en combinación con otras fuentes de información tales como la sismicidad, pueden ser importantes. En lo que respecta al gas, las emisiones de SO2 dan alguna indicación de la cantidad de gas se encuentra en magmas. RUTAS: A) Para llegar al volcán Popocatépetl, Saliendo de México D.F se toma la autopista 150 que va a Puebla y entre a la desviación a Chalco, 42 delante está Amecameca (carretera 115). Para llegar a las faldas del volcán se debe salir del poblado de Amecameca y a 28 km llegar hasta el albergue de Tlamacas ubicado a 3,900 mts, donde hay alojamiento. Aquí se encuentra un registro del Rescate Alpino donde se anotan todos aquellos que pretendan escalarlo. Grandes avenidas permiten al viajero caminar gozando del paisaje, el aire limpio y frío (alguno grados bajo cero). La vegetación en los bosques se compone de pinos, oyameles, zacatones y diversas flores. La fauna de esta zona la integran los conejos, los zorros, las ardillas, las tuzas, los zorros grises, el gato montés, los coyotes y el venado de cola blanca. Se reportan 29 especies de aves. Los mejores meses para visitar y escalar el Popocatépetl son de noviembre a marzo. Para entrar rumbo del Iztaccíhuatl en paso de Cortez hay personal que cobra la entrada y esta como a 22 o 25 pesos mexicanos por persona.
B) La ruta que usan los alpinistas es por el pueblo de Las Cruces, y se tarda de seis a ocho horas en llegar a la cumbre, y otras tres horas en el descenso. La excursión se inicia en el refugio de Tlamacas, al pie del volcán, que está a una altura de 3,960 metros, y hasta donde se puede llegar cómodamente en autobús vía Amecameca, lo que se hace en dos o tres horas. La primera etapa del ascenso es de dos horas, caminando sobre tierra volcánica. Al llegar al lugar llamado Las Cruces debe tomarse el camino de la izquierda, no el de la derecha, porque es una ruta más difícil. Por supuesto, no se aconseja ir solo ni en grupo si no llevan a un guía que conozca bien todo el proceso de la ascensión. De Las Cruces se inicia la segunda etapa, que es la más fatigosa, porque se pasa del suelo volcánico a la nieve. En el camino y en algunas rocas hay indicios que han dejado otros alpinistas para guiar los que ascienden por primera vez. Hay que dar varios rodeos y evitar salientes y masas de nieve que no ofrezcan seguridad, y por fin se llega a una gran roca que está justamente sobre el borde del cráter, que tiene una profundidad de 480 metros, y mide de un extremo a otro 850 metros. Pero hay que caminar un poco más para llegar hasta la cumbre del volcán, pues la roca gigantesca está en una parte inferior .
RECOMENDACIONES PREVIAS AL VIAJE AL POPO:
1.-Se advierte a los alpinistas noveles que vigilen el llamado mal de altura, que se manifiesta con náuseas, fuertes dolores de cabeza y a veces hemorragia nasal. Se debe descansar hasta que desaparezcan dichas molestias, y si no sucede esto, regresar en busca de ayuda médica, aunque se dice que un día de descanso en el albergue de Tlamacas puede ayudar mucho.
Llevar alimentos, debido a que los que venden en los puntos de entrada pueden ser dañino para la salud, puesto que están expuestos a bajas temperaturas y a diversos gases desprendidos de las fumarolas del volcán.
Llevar ropa para el Frio puede ser de pluma, o suéter grueso para el frio intenso (grados bajo cero)
Sleeping bag para pasar la noche cuando se requiere o para descansar, y es recomendable crear un sistema cerrado en donde no haya un intercambio sobre expuesto con los gases dela actividad volcánica, las paredes del sleeping semejan a una frontera real.
Tienda de campaña, similar también a un sistema cerrad, con fronteras reales.
Agua para tomar cuidar que esté cerrada, éste sí sería un ejemplo de sistema cerrado, ya que la presión y volumen serán constantes (hasta que la abras y le tomes, dejará de ser un gas ideal).
Lámparas para visión nocturna.
La cámara fotográfica * Se recomienda iniciar el ascenso entre las dos y las cuatro de la madrugada
Ir bien equipado con bastones de esquí y un piolet, crampones, lámpara de cabeza o de minero para la salida, botas de escalador , equipo de primeros auxilios y suficientes víveres para cualquier emergencia
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS GASES DEL VOLCÁN El CENAPRED y la UNAM realizan monitoreo de gases en el volcán Popocatépetl mediante la instalación y adquisición de datos de los instrumentos COSPEC y DOAS, obteniendo en las mediciones de las plumas datos de flujo de SO2. Los
flujos piro clásticos corresponden a colapsos de la columna al fallar su capacidad ascensional. Los fragmentos más pesados son proyectados balísticamente (bombas). Las partículas más finas se dispersan en la atmósfera, cayendo en forma de lluvia de cenizas a grandes distancias del volcán. Los gases pueden permanecer mucho tiempo en la estratosfera. Los factores controladores en los gases volcánicos son las reacciones químicas en la fase gaseosa, la tectónica regional, contexto geológico, la solubilidad delos gases disueltos en el magma y la interacción con un sistema hidrotermal como el agua de lluvia a niveles poco profundos del volcán. En mayor proporción, los gases están compuestos de elementos consistentes de Hidrógeno (H), Carbono (c), Oxígeno (O), Azufre (S),Nitrógeno (N); incluyen alógenos como el Cloro (Cl), Flúor (F) y Bromo (Br); en menor proporción gases raros como Helio (He), Neón (Ne), Argón (Ar), Kriptón (Kr) y Xenón (Xe). La cantidad restante de metales (Na, V, Cr, Bi, Cu, Zn, Au) solo se encuentran en las descargas fumarolitas de gases de alta temperatura. Algunos, como el azufre (S), pueden presentarse en diferentes estados de oxidación en función de la temperatura. En la mayoría de las muestras de gases fumar licos, la cantidad desulfuro total: Total = SO2 + H2S El sulfuro total es más baja que la del CO2 pero generalmente mayor que el de HCL, aunque la relativa abundancia de S y de HCL en los gases volcánicos puede variar mayormente. Los gases de H y N son típicamente menos del 2% y el 1% del contenido de gas molar total, respectivamente, pero la concentración de N2 a menudo es modificada por la contaminación del aire durante o después del muestreo. El nitrógeno junto a los compuestos restantes del gas se encuentra en menos del 1%. El metano está generalmente ausente en fumarolas de alta temperatura, aunque hay casos donde se detecta. Los minerales que conforman un granito (Qz, Pl, K-Feld, Msc) constituyen fases individuales de ese sistema, ya que son idealmente homogéneos y mecánicamente separables entre sí. Sin embargo, el conjunto de gases individuales (CO2, SO2, Cl2, etc.) que conforman una fumarola volcánica constituyen una sola fase gaseosa. Las reacciones que suceden en los volcanes y que producen óxidos de azufre también contaminan la atmósfera y reaccionan con el agua, produciendo ácidos que son dañinos. Generalmente, las fumarolas de baja temperatura pueden representar el resultado de un enfriamiento de gases de alta temperatura, con la siguiente condensación de vapor de agua, disolución de elementos ácidos y aumento de las concentraciones de H2 con respecto a H2S por sus diferentes solubilidades. Si las salidas de gas son alimentadas por sistemas geotérmicos, también
pueden observarse cantidades comparables de CH4. El grupo más próximo al vértice del hidrógeno, puede pertenecer a gases originados a mayores temperaturas, el sulfuro de hidrógeno y el metano indican desgasificación predominante a baja temperatura o procesos geotérmicos, respectivamente.
LEY CERO DE TERMODINAMICA La temperatura es una de las variables termodinámicas que se requiere medir, lo cual se hace por medio de los instrumentos conocidos como termómetros, cuyo funcionamiento se basa en el cambio de alguna propiedad física, como la longitud, el volumen, la resistencia eléctrica o el color. En este caso usamos la medición de las temperaturas para identificar los grados a la intemperie en los que se está, al momento de estar a Cierta altura del popo ya que el clima y las condiciones del volcán cambian a diferentes alturas del popo. Dos sistemas A y B pueden estar aislados el uno del otro y del entorno a ellos a través de paredes adiabáticas. Ambos sistemas pueden estar en estados diferentes y el cambio que experimenta uno no tiene efecto en el otro. Ahora, si la pared que separa a los sistemas A y B es sustituida por una pared diatérmica, se establece un flujo de energía en forma de calor. El intercambio de energía permite que las variables macroscópicas de ambos sistemas cambien. Los cambios ocurren hasta que en ambos sistemas las variables macroscópicas se hacen constantes. Cuando esto ocurre decimos que ambos sistemas están en equilibrio térmico. En realidad dos sistemas no tienen por qué estar en contacto para estar en equilibrio térmico. A través de un tercer sistema C podemos descubrir si dos sistemas están en equilibrio térmico El sistema de un volcán está en contacto con un sistema exterior que es su entorno, dos sistemas el volcán e intemperie pueden estar aislados el uno del otro y del entorno a ellos a través de paredes adiabáticas. Ambos sistemas pueden estar en estados diferentes y el cambio que experimenta uno no tiene efecto en el otro esto se da cuando el volcán está estable y no tiene erupciones, no arroja fumarolas es decir cuando está inactivo por tal motivo no hay interacción o alteración entre los dos sistemas (volcán e intemperie). Ahora, si la pared que separa a los sistemas A y B es sustituida por una pared diatérmica, se establece un flujo de energía en forma de calor esto sería al exhalar fumarolas o una erupción del volcán en este caso saldría la energía en forma de calor con masa fundida. El intercambio de energía permite que las variables macroscópicas de ambos sistemas del volcán y la intemperie cambien. Los cambios ocurren hasta que en ambos sistemas las variables macroscópicas se hacen constantes. Cuando esto ocurre decimos que ambos sistemas están en equilibrio térmico.
Si tenemos: Al hacer erupción el volcán, la lava que va cayendo sobre él va creando una transferencia de calor entre la tierra que va tocando. En la segunda ley de termodinámica nos habla de la energía interna, y parte de esa energía interna se encuentra atrapada en el interior de nuestro planeta en los elementos radioactivos que lo forman; estos se descomponen y liberan energía produciendo calor. La elevada temperatura provoca que el núcleo externo de nuestro planeta se encuentre fundido. El amortiguamiento del ascenso de gases del Popocatépetl a alta temperatura se considera que ocurre principalmente por la interacción con agua subterránea que debe así mismo producir vaporización y aumento de presión. Presiones mayores pueden ser asociadas a niveles más altos de amortiguación que corresponden a mayores discrepancias entre la temperatura de equilibrio y la observada. Desde que se data la actividad eruptiva, cuando la presión interna sobrepasa la presión confinante la influencia de un incremento de presión no parece despreciable en el seguimiento de la actividad volcánica. Si se tienen datos de la observación periódica de la composición química de los gases de un sistema volcánico dado, los cambios en las reacciones gas-agua pueden derivarse de las diferencias presentes entre las temperaturas de equilibrio y observada, y un aumento en el desequilibrio puede interpretarse como un aumento de la perturbación dentro del sistema. Un aumento del desequilibrio representa una condición necesaria, pero no suficiente, para la ocurrencia de actividad eruptiva, y entonces sólo se puede inferir un incremento de la probabilidad de ocurrencia de algún tipo de evento eruptivo. El aumento de probabilidades, sin embargo, aunque no representa una predicción a corto plazo, podría ser suficiente para establecer una alerta preliminar y preparar a Protección Civil ante posibles desastres producidos por la actividad volcánica. Cuando el estado de un sistema no cambia con el tiempo se dice que está en equilibrio. En este caso los valores del conjunto de parámetros termodinámicos permanecen constantes. El estado de equilibrio de un sistema está determinado por unas pocas variables termodinámicas. Las propiedades que solo dependen del estado del sistema se denominan funciones de estado. Cuando el estado de un sistema cambia, se dice que ha sufrido una transformación termodinámica. En particular, si un sistema pasa de un estado a otro por una sucesión de estados de equilibrio, se dirá que la transformación es cuasiestática.Un proceso cuasi estático representa una idealización de la realidad. Para producir cambios reales debe haber diferencias de presiones, de temperaturas, etc. Pero haciendo que estas diferencias sean lo suficientemente pequeñas se puede
conseguir que el sistema se encuentre tan cerca del equilibrio como se desee. Las variables termodinámicas se pueden clasificar en dos categorías: intensivas y extensivas. Se llaman intensivas si no son afectadas al dividir un sistema termodinámico en equilibrio en subsistemas mediante paredes diatérmicas que mantienen a su vez cada subsistema en equilibrio. En consecuencia estas variables resultan independientes del tamaño o de la masa del sistema. Ejemplos de variables intensivas: 1. La presión 2. La temperatura y 3. El potencial químico. Una variable termodinámica se dice extensiva cuando varía en relación con la extensión o la masa del sistema. Ejemplos de variables extensivas: 1. El volumen 2. La energía 3. La entropía. Debemos agregar que de todo parámetro o variable extensivo puede derivarse otro intensivo que será el parámetro específico respectivo; por ejemplo del volumen puede derivarse el volumen específico que es intensivo. En la termodinámica hay dos leyes básicas, y ambas se pueden enunciar de modo de negar la posibilidad de ciertos procesos. La Primera Ley establece que es imposible un proceso cíclico en el cual una máquina produzca trabajo sin que tenga lugar otro efecto externo es decir niega la posibilidad de lo que se suele llamar “máquina de movimiento perpetuo de primera especie”. LA SEGUNDA LEY La Segunda Ley no se puede enunciar de modo tan preciso como la primera sin una discusión previa. Sin embargo, hecha la salvedad que ciertas definiciones se deben dar todavía, podemos decir que la Segunda Ley establece que es imposible un proceso cíclico en el cual una máquina realice trabajo intercambiando calor con una única fuente térmica. Esa máquina (inexistente) sería una “máquina de movimiento perpetuo de segunda especie”. Hay tres grandes conceptos basados en la idea de la entropía: Estados
Intermoleculares (Grados de libertad) Cuanto más grados de libertad tenga una molécula (cuanto más la molécula se pueda mover en el espacio,
mayor será el grado de desorden y, consecuentemente, mayor la entropía) Existen tres maneras por las que una molécula se puede mover en el espacio y cada una tiene su nombre: 1.1.1.1. Rotación = movimiento alrededor un eje 1.1.1.2. Vibración = movimiento intermolecular de dos átomos unidos en relación uno del otro 1.1.1.3. Traslación = movimiento de una molécula de un lugar a otro. Estructuras
Intermoleculares * A menudo se crean estructuras nuevas cuando las moléculas interaccionan unan con otra mediante la formación de enlaces no covalentes. Esto tiende a reducir el grado de desorden (y por tanto de entropía) del sistema ya que cualquier tipo de asociación entre las moléculas estabiliza el movimiento de ambas y disminuye las posibilidades de distribución azarosa. Número
de posibilidades. Cuantas más moléculas estén presentes hay un mayor número de posibilidades diferentes para distribuirlas moléculas en el espacio, lo que significa un mayor grado de desorden de acuerdo a la estadística. De igual manera, si hay una mayor cantidad de espacio disponible para distribuir las moléculas, la cantidad de desorden se incrementa por la misma razón. Materia sólida (menos entropía) << líquidos << gases (mayor entropía) En el volcán Popocatépetl, los cambios en entropía se simbolizan con ΔS. Debido a las razones mencionadas anteriormente el incremento en entropía (ΔS > 0) es considerado favorable debido a que el Universo tiende en dicho sentido. Una disminución en la entropía es generalmente considerada no favorable a menos que exista un componente energético en el sistema de reacción que dé cuenta de la diminución de entropía En conclusión si tememos: • Plantea una solución parcial a tu problema. • Obtener la temperatura óptima para poder escalar. • Saber la altura del Popocatépetl. • Saber los cambios de temperatura a cada cierta altura. • La presión atmosférica que se maneja en las diferentes alturas. • Tener un conocimiento del clima, del día y la hora que se piensa escalar. • Saber la temperatura exterior que tiene la pared del volcán.
• Saber la densidad de los vapores a cada altura del Popocatépetl, para poder tener la visión requerida. • Saber la actividad del volcán para la fecha de la escalada Con todos estos datos podremos obtener qué tipo de ropa, herramienta y tiempo necesario para realizar dicha actividad
BIBLIOGRAFIA J.D. van der Waals. Tesis de posgrado Sobre la Continuidad de los Estados Líquido y Gaseoso. Universidad de Leiden. (1873) G. Soave. Equilibrium constants for a modified Redlich-Kwong equation of state. Chem. Eng. Sci. 27 (1972) 1197–1203. Termodinámica Química. Juan A. Rodríguez Renuncio, Juan J. Ruiz Sánchez, José S. Urieta Navarro, Editorial Síntesis Dietrich Martin et alii, Manual de metodología del entrenamiento deportivo, Editorial Paidotribo, Barcelona, 2001 Wiki libros (2013) Montañismo, apéndices. Recuperado de: http://es.wikibooks.org/wiki/Monta%C3%B1ismo/Ap%C3%A9ndices CENAPRED (2013) Semáforo de alerta. Volcán Popocatépetl. Recuperado de: http://www.cenapred.unam.mx/es/ Calor y Termodinámica (1984) Editores Mc Graw-Hill, Holman, J.P.Barberi, F.Corrado,G, G.Inocenti,F.Luongo,G.
