Termodinamica

Conceptos Fundamentales 1

CAPITULO 1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES
1.1 Introducción ¿Qué es la Termodinámica?
La Termodinámica es una herramienta analítica que interpreta fenómenos naturales desde el punto de vista de las relaciones de materia y energía. La Termodinámica estudia el intercambio de energía en sus diversas formas, su interacción con los sistemas de conversión de energía, laspropiedades de los mismos y el uso racional de la energía. Dado que no se puede concebir industria sin uso de energía, esta ciencia tiene una importancia práctica muy grande y se aplica en casi todas las ramas de la ingeniería. La formulación de leyes en el campo de la Termodinámica es tan general que estas parecen oscuras. A menudo se describen relaciones energéticas y másicas sin especificar la índolede los procesos que las originan. Esto es así porque las leyes que se estudian tienen aplicación y vigencia en todos los fenómenos naturales, y restringirlas de algún modo sería destruir su significado. A la Termodinámica no le incumben los detalles constructivos de un determinado proceso que produce una cierta transformación, sino la transformación en sí, y la estudia desvinculada de todo detalleque quite generalidad a su estudio. Esto no le impide obtener relaciones válidas y útiles, tan generales que son aplicables a todos los procesos industriales. En general, nos limitaremos a establecer nuestro análisis en base al balance de masa, de energía y de entropía, haciendo abstracción del funcionamiento interno del proceso. Esto es, la Termodinámica trata a los procesos como cajas negras sininteresarse en su funcionamiento interno, salvo como una cuestión complementaria, pero esos detalles se pueden eliminar por completo sin afectar la validez del análisis termodinámico. 1.1.1 Presión Se define la presión en un fluido en reposo como la fuerza compresiva normal por unidad de área (esfuerzo normal de compresión) que actúa sobre una superficie sumergida en el seno del fluido. Si sepiensa que las partículas del fluido se encuentran en movimiento irrestricto, con direcciones al azar, cuando se encuentran con una superficie sólida se produce un choque. Este choque ejerce sobre la superficie (por imperio de la primera ley de Newton) una fuerza proporcional a la variación de velocidad. La suma de todas las fuerzas debidas al impacto de partículas en la unidad de área es la presión.Las dos propiedades mas conocidas y usadas por la relativa facilidad de su medición son la presión y la temperatura. Se suele hablar de presión absoluta y presión manométrica. Presión manométrica es la medible con un manómetro en un sistema cerrado, también llamada en inglés “gage pressure”. Presión absoluta es la presión manométrica mas la presión atmosférica. El término absoluto en la escala detemperaturas tiene otro significado, que trataremos mas adelante. Todos los cálculos en Termodinámica se hacen sobre la base de temperaturas absolutas, y la mayoría de las veces (salvo que se indique lo contrario) con presiones absolutas. En el caso de un cuerpo totalmente sumergido, como el fluido lo rodea totalmente y los impactos se producen en todos los puntos de su superficie, la presión essiempre normal a la superficie sin importar su posición. El cuerpo está en reposo porque la suma de fuerzas es menor que el peso del cuerpo. Si fuese mayor, el cuerpo flotaría, es decir, resultaría impulsado hacia arriba. A una presión definida de este modo se la llama presión estática y es una propiedad de estado. Mas adelante vamos a definir exactamente qué se entiende por propiedad de estado.En un fluido en movimiento puede existir además de la presión estática otra presión originada por el choque de las partículas en movimiento contra una superficie sólida. A esta presión se la llama dinámica. Las técnicas de medición que tenemos permiten medirlas por separado, de modo que se puede medir la presión estática en un punto del fluido donde este está estancado, y también se puede medir...