Introduccion A La Termodinamica

1. Introducción a la Termodinámica.
• Importancia de la Termodinámica. Aplicación en la Ingeniería.
El consumo de energía está íntimamente relacionado con el nivel de desarrollo y el bienestar de un país. Mientras las naciones industrializadas mantienen altos índices de consumo de energía per capita, los estados en proceso de desarrollo hacen enormes esfuerzos por aumentar su producciónde energía y así mejorar el nivel de vida de sus habitantes.

Las principales fuentes de energía que la humanidad ha utilizado hasta ahora son la energía almacenada en los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, etc.), en sustancias orgánicas o sus derivados (grasas ceras, alcoholes, etc.), la energía potencial del agua (lagos, ríos y embalses), energía del viento, energía solar,etc.

La disponibilidad limitada de los combustibles fósiles, los límites en el aprovechamiento de energía hidráulica y los altos riesgos de contaminación en la generación de energía en plantas nucleares han incrementado el costo de la energía, lo cual hace racionalizar su uso. Por eso se hace necesario descubrir nuevas fuentes de energía y mejorar el aprovechamiento de ella. Las investigacionessobre el uso de fuentes geotérmicas, sobre la potencia de viento y marea, así como la posibilidad de utilizar la diferencia de temperaturas entre las aguas superficiales y las aguas profundas del mar son ejemplos de los esfuerzos que el hombre ha realizado para la producción de energía.

Evitar el deterioro del medio ambiente y controlar el desperdicio de la energía son las grandespreocupaciones de la humanidad y constituyen el gran desafío del ingeniero, quien debe procurar el abastecimiento de energía en la forma más económica posible, sin degradar el medio ambiente y con un estricto control sobre su desperdicio.
Como se verá a lo largo de la asignatura, la termodinámica es una de las herramientas fundamentales para afrontar el desafío que tienen quienes son responsables delmanejo energético de un país.

• Definición de la Termodinámica.
Literalmente la palabra termodinámica significa el estudio de las fuerzas que originan el calor. Hoy en día esta traducción no tiene que ver mucho con la esencia de lo que vamos a estudiar bajo el concepto de termodinámica ya que ella no solo estudia el calor, sino todo tipo de forma de energía (mecánica, eléctrica, química,nuclear, etc.) y las transformaciones energéticas.

La termodinámica se basa en cinco leyes o postulados que rigen las transformaciones de la energía y las relaciones termodinámicas.

1era Ley: Hace referencia a la conservación de la energía cuando se transfiere energía de una región a otra. Afirma que la energía es una propiedad termodinámica.

2da Ley: Habla de la calidad de la energía,permite medir las irreversibilidades o la degradación de la energía en términos cuantitativos.

Los tres enunciados restantes son: la ley cero, tercera ley y el postulado de estado.

A continuación se presentan algunos conceptos básicos los cuales son las ideas sobre las cuales reposan sus estructuras.





2. Conceptos Básicos
• Sistemas Termodinámicos: Cantidad de materia o unaregión tridimensional del espacio elegido para el estudio termodinámico.

Clasificación de los Sistemas Termodinámicos.
Sistema Cerrado (Masa de Control): Es un sistema el cual no hay flujo de masa a través de la frontera, sin embargo la energía en forma de calor y trabajo puede cruzar las fronteras.

Ejemplo: Un globo lleno de helio:



Sistema: El helio dentro delglobo.
Frontera: El látex del sistema, es deformable (móvil).


Sistema Abierto (Volumen de Control): Es aquel que intercambia materia a través de su frontera. A este sistema se le denomina también volumen de control, y a su frontera, superficie de control. El término volumen de control se especifica cuando se hace un análisis que involucra flujo de masa. Ejemplo:...