Miguel

Unidad I: Fundamentos de la Termodinámica

Debe quedar claro que la Termodinámica es una ciencia y, quizá la herramienta más importante en la ingeniería, ya que se encarga de describir los procesos que implican cambios en temperatura, la transformación de la energía, y las relaciones entre el calor y el trabajo.

Sistema termodinámico

Es una cantidad de materia en estudio separada delespacio exterior por unos límites (frontera) fijo o movible.

Así todo lo que lo rodea es entonces el entorno o el medio donde se encuentra el sistema.

La envoltura imaginaria que encierra un sistema y lo separa de sus inmediaciones (entorno) se llama frontera del sistema y puede pensarse que tiene propiedades especiales que sirven para:

a) aislar el sistema de su entorno
b) permitir lainteracción de un modo específico entre el sistema y su ambiente.

Es muy importante definir la frontera del sistema como una superficie y no otro sistema, debe quedar claro que el espesor de una superficie es matemáticamente cero por lo que la frontera no puede contener materia u ocupar algún lugar en el espacio. El valor de una propiedad que es medida en el punto exacto de la frontera debe serpor tanto el valor del sistema así como del entorno, ya que después de todo el sistema y el entorno están en contacto en ese punto.

Los sistemas termodinámicos se pueden clasificar como:

1. Aislados
2. Cerrados
3. Abiertos

Sistemas aislados: es el sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno, cuya frontera o límite del sistema impide cualquier tipo de intercambio.Sistema cerrado: es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia, es decir, aquel cuya frontera admite únicamente el intercambio de energía (no hay variación en la masa).

Sistema abierto: es el sistema que puede intercambiar materia y energía con su entorno (hay variación de masa).

Al trabajar con dispositivos tales como motores es a menudo útil definir elsistema dentro de un volumen identificable ya sea fijo o deformable donde se presentan tanto flujo de entrada como flujo de salida. Esto se llama un volumen de control.

Estado de un sistema

Refiere a la condición de un sistema descrito por sus propiedades, o sea, la existencia de un sistema termodinámico en un determinado instante de tiempo se describe por un conjunto interrelacionado decantidades susceptibles de ser medidas llamadas Propiedades Termodinámicas.

La condición descrita por dichas propiedades define un Estado.

Podemos decir que una propiedad termodinámica es una característica macroscópica y observable de un sistema, tales como: masa, volumen, energía, presión, temperatura, y sus valores dependen estrictamente de la condición instantánea durante la cual sonmedidos.

Para describir un sistema y predecir su comportamiento se requiere del conocimiento de sus propiedades.

Las propiedades termodinámicas cuyos valores dependen del tamaño del sistema son llamadas propiedades extensivas (masa, volumen, capacidad calorífica, entropía, etc.).

Las propiedades extensivas son aditivas, así, si el sistema se divide en un número de subsistemas, el valorde la propiedad para el sistema entero es igual a la suma de los valores de los subsistemas.

Por otro lado las propiedades intensivas no dependen de la cantidad presente de materia y éstas no son aditivas, y pueden variar de un punto a otro dentro del sistema, como es el caso de la temperatura, la presión, la viscosidad, volumen especifico, etc.

Propiedades especificas son las propiedadesextensivas por unidad de masa, ejemplo: volumen especifico (v = V/m), energía total especifica (e = E/m).

Las propiedades intensivas podrían ser funciones del espacio y del tiempo, mientras que las extensivas en su mayoría varían con el tiempo.

Para mostrar la diferencia entre las propiedades extensivas e intensivas veamos el siguiente ejemplo, sea una cantidad de materia cuya temperatura...