Definición de Termodinámica

La termodinámica es la ciencia que estudia la energía, sus transformaciones y las relaciones existentes entre las propiedades de las sustancias, que permiten evaluar su energía disponible, con el fin de obtener trabajo y/o calor, en algunas máquinas, equipos o procesos térmicos.

Sustancias de Trabajo:

Es un fluido, que permite almacenar o entregar energía. Es el medio de transporte de la energía que está presente en todas las máquinas térmicas y procesos termodinámicos. Por ejemplo: el vapor de agua en una planta térmica, el aire en un compresor, agua líquida en una bomba, mezcla de aire y combustible en un motor a combustión interna, etc.

Sistemas Termodinámicos:

Es una porción de materia o espacio, que se aísla para su estudio. Existen dos clases de sistemas:

• Sistemas Cerrados.
• Sistemas Abiertos.

Sistemas Cerrados:

Son aquellos en el cual no hay intercambio de masa con el ambiente. La cantidad de materia del sistema permanece constante y encerrada.

Sistemas Abiertos:

Son aquellos donde existe transferencia de masa a través de los límites del sistema, es decir, existe una circulación de fluido, que entra y sale del sistema

Propiedades:

Es toda carácterística o atributo cuantificable de una sustancia que permite evaluar cambios de energía. Las propiedades termodinámicas más comunes son la temperatura (T), la presión (p) y el volumen específico (v). Otras propiedades que también se usan son la

energía interna (u), la entalpía (h) y la entropía (s), todas estas propiedades son independientes de la masa del sistema o sustancia y se denominan propiedades intensivas. 

Estado:

Es la condición de una sustancia definida y determinada por sus propiedades. Cada una de las propiedades de una sustancia en un estado tiene un valor definido y tendrá siempre el mismo valor en esa condición, sin importar la forma corno alcanzó ese estado. Para definir el estado de una sustancia pura se requiere conocer dos propiedades intensivas independientes. Las restantes pueden determinarse de tablas, gráficos o bien pueden calcularse.

Fases:

La fase es la carácterística física que puede poseer una sustancia.

        Las sustancias puras pueden encontrarse en tres fases diferentes:

• Sólido.
• Líquido.
• Gaseoso (gas o vapor.)

Procesos:

Es todo cambio de estado que experimenta un sistema, debido al intercambio de energía con el ambiente.

        Algunos procesos se describen por el hecho de que una de su propiedad permanece constante. El prefijo “iso” se usa para indicar esta carácterística. Por ejemplo:

• Proceso isotérmico.                 De temperatura constante.
• Proceso isométrico.                 De volumen constante.

• Proceso isobárico

  De presión constante.

• Proceso isoentálpico.               De entalpía constante.
• Proceso isoentrópico.              De entropía constante.

Procesos Reales e Ideales:

Durante un proceso real las propiedades no son necesariamente uniformes en todos los puntos del sistema, por lo tanto para poder describir los estados de un sistema durante un proceso se recurre a una definición de un proceso ideal.

Ciclos termodinámicos:

En un ciclo debe cumplirse que el sistema retorna al estado inicial. En este caso debe cumplirse que:

Qciclo + Wciclo = 0

Donde:

Qciclo = ∑Q y Wciclo = ∑W

Ciclo de Trabajo:

(QàW) Permite obtener trabajo en forma neta, su lugar físico es la máquina térmica, llamada motor. Por ejemplo: ciclo de planta de vapor, ciclo de motores de combustión interna, ciclo de la turbina a gas.

Las carácterísticas del ciclo de trabajo son las siguientes:

• El sistema recibe calor (Q_a) de una fuente de alta temperatura.
• Una parte de este calor lo transforma en trabajo neto.
• La otra parte debe rechazarse a una fuente de baja temperatura

Ciclo de Refrigeración: (WàQ)

Permite transformar el trabajo externo en calor, el lugar físico es una màquina frigorífica. Ejemplo refrigeradores, freezer, etc.

 Las carácterísticas del ciclo de refrigeración son las siguientes:

• El sistema absorbe calor (Q_a) de una fuente de baja temperatura.
• El sistema absorbe trabajo desde el exterior.
• El sistema rechaza  calor a una fuente de alta temperatura

Densidad relativa de una sustancia:
Es el cociente entre su densidad y la de otra sustancia diferente que se toma como referencia o patrón. Para sustancias líquidas se suele tomar como sustancia patrón el agua cuya densidad a 4 ºC es igual a 1000 kg/m³. Para gases la sustancia de referencia la constituye con frecuencia el aire que a 0 ºC de temperatura y 1 atm de presión tiene una densidad de 1,293 kg/m³. Como toda magnitud relativa, que se obtiene como cociente entre dos magnitudes iguales, la densidad relativa carece de unidades físicas.

 s=

Densidad absoluta:

Es la masa de la unidad de volumen de un cuerpo. Ella depende del peso molecular y de la cantidad de moléculas contenidas en ese volumen, o sea, del grado de aglomeración de las mismas, condición que depende a su vez, de las fuerzas de atracción intermolecular y de la temperatura, agregándose en los gases otro factor importante que es la presión. Si bien la densidad y el peso específico son términos que se utilizan en forma indistinta en ciertos contextos, lo correcto es diferenciarlos.

Presión (p):

Es la fuerza ejercida sobre una superficie, por unidad de área. En termodinámica el concepto de presión se restringe generalmente a la fuerza ejercida por un fluido por unidad de área de la superficie que lo encierra. Su unidad depende del sistema de unidades que se use, así se tiene el pascal, bar, kg /cm², lbf /plg², mm columna de Hg, metros columna de agua, etc.

Las tablas de propiedades y gráficos de estados, expresan esta variable en forma de presión absoluta, es decir, aquella medida a partir del vacío absoluto.

La presión medida por sobre o debajo (vacío) de la presión atmosférica local se denomina presión manométrica, dado que se la mide con un instrumento llamado manómetro.