Sistemas Termodinamicos

Introducción

La Termodinámica es una herramienta analítica teórica y práctica que interpreta fenómenos naturales desde el punto de vista de las relaciones de materia y energía. La palabra “Termodinámica” fue usada por vez primera en 1850 por W. Thomson (Lord Kelvin) como combinación de los vocablos griegos “termo” (calor) y “dinamos” (potencia o fuerza), aunque actualmente se usa como opuesto a estático. La Termodinámica estudia el intercambio de energía en sus diversas formas, su interacción con los equipos, las propiedades de la materia y el uso racional de la energía. Dado que no se puede concebir industria sin uso de energía, esta ciencia tiene una gran importancia práctica y se aplica en todas las ramas de la Ingeniería.

En la definición que se ha dado de termodinámica, nos referimos a ella como la ciencia que estudia los intercambios de energía entre un cuerpo y su entorno. La ENERGÍA es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza (por ejemplo que las plantas crecen, los animales se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas) la energía también se manifiesta en los cambios físicos y químicos.

Sistemas termodinámicos

Un sistema termodinámico es un segmento particular del universo limitado por una superficie real o imaginaria donde se sitúa la materia estudiada. La distinción entre sistema y entorno es arbitraria: el sistema es lo que el observador ha escogido como objeto de estudio. Algunos ejemplos de sistemas termodinámicos pueden ser: una cierta cantidad de gas, un líquido y su vapor, una mezcla de dos líquidos, una disolución, un sólido cristalino, etc.

La parte del universo que interactúa con el sistema constituye sus alrededores. La interacción entre el sistema y sus alrededores está caracterizada por los intercambios mutuos de masa y energía, en sus diversas formas, la energía puede intercambiarse por medios mecánicos o por medios no mecánicos, estos es por un proceso de calentamiento o enfriamiento.

Todo sistema queda limitado por un contorno, paredes, fronteras o límites del sistema, que pueden ser reales o imaginarios. También se llaman superficie de control. La frontera separa el sistema del resto del universo; esta frontera puede ser material o no. A través de la frontera suceden los intercambios de trabajo, calor o materia entre el sistema y su entorno. El medio rodeante o entorno es la parte del universo próxima al sistema y que se ve afectada en alguna medida por los procesos que ocurren en el sistema.

En el caso en que un sistema está contenido en un recipiente, lo cual es una situación muy común en termodinámica, el grado de interacción con sus alrededores dependerá de la naturaleza de sus paredes. La superficie que separa el sistema y su entorno suele denominarse pared, estas pueden ser: aislantes, adiabáticas y diatérmicas y en función de sus características, los sistemas termodinámicos pueden clasificarse según permitan o no el paso de algún tipo de energía o materia, se clasifican en abiertos, cerrados y aislados:

a) Paredes adiabáticas, son aquellas que no permiten que un sistema modifique su grado relativo de calentamiento. Los llamados aislantes térmicos a nivel comercial son excelentes ejemplos de materiales con esta propiedad, como la madera, el asbesto, etc.

b) Paredes diatérmicas, son aquellas que permiten interacciones que modifiquen el grado relativo del calentamiento. Los metales son materiales que constituyen excelentes paredes diatérmicas.

c) Paredes aislantes, Son las que no permiten interacción alguna entre el sistema y sus alrededores

Un sistema termodinámico puede ser abierto, cerrado o aislado. En un sistema abierto

puede darse transferencia

...