transporte de energia

Capítulo 5

Transporte de energía
por los Profs. Álvaro Perea Covarrubias,
Santiago Martín Fernández
y Cristina Santa Marta Pastrana

5.1. Termodinámica
Termodinámica
La Termodinámica es la ciencia que estudia las transformaciones de la
energía, principalmente la relación existente entre el calor y el trabajo
de un sistema dado. A partir de la observación experimental, y sin importarla estructura interna del sistema, la Termodinámica formula una
serie de Principios fundamentales que rigen los mecanismos de transferencia y/o conversión de la energía. Cada Principio Termodinámico
trata de ser la generalización de un fenoméno natural, y por ello no puede demostrarse de forma matemática. Su validez debe asegurarse por
el hecho de que nunca han dejado de cumplirse. En elformalismo general de la Termodinámica, se describe cada sistema termodinámico por
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CAPÍTULO 5. TRANSPORTE DE ENERGÍA

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un conjunto de variables de estado (como la presión, la temperatura, el
volumen) y se definen una serie de funciones de estas variables (como
la energía del sistema), y con la ayuda de los Principios Termodinámicos que relacionan las funciones definidas, puede conocersela evolución
termodinámica del sistema.

Definiciones y convenios
Sistema termodinámico: Es la porción del medio ambiente que se estudia. Debe ser lo suficientemente grande como para que su estructura interna no entre en juego en la descripción de los procesos
analizados, de forma que las conclusiones obtenidas sean independientes de las características internas del sistema. Como ejemplo,
enel estudio de la fusión de un trozo de hielo, si el trozo de hielo es lo suficientemente grande se puede ignorar la configuración
espacial de las moléculas de agua en su interior. Si no fuera lo
suficientemente grande, la fusión del hielo dependería de esta disposición espacial, quedando este análisis fuera del alcance de la
Termodinámica.
Estado del sistema: Queda fijado por el conjunto de valoresde las variables de estado, magnitudes medibles experimentalmente. Cuando hablamos de un estado del sistema, nos referimos en realidad
al concepto más general de estado de equilibrio termodinámico, en el que los valores de las variables de estado permanecen
constantes, mientras no se modifiquen las condiciones externas.
Medio exterior: Es el medio que no constituye el sistema. El sistematermodinámico se encuentra separado del medio exterior por un
conjunto de fronteras, o paredes, que pueden representar superficies reales o ficticias. Las fronteras se pueden clasificar en a) Si
permiten o no el cambio de tamaño del sistema, móviles o rígidas,
b) Si las paredes conducen el calor o aislan de él de forma perfecta,

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diatérmicas o adiabáticas, y c) Sipermiten o no el paso de materia,
permeables o impermeables.
Proceso termodinámico: Es toda transformación mediante la cual el
sistema pasa de un estado a otro (como siempre, ambos estados de
equilibrio termodinámico). Los estados intermedios que se suceden en el sistema pueden no ser estados de equilibrio, y por tanto,
la Termodinámica sólo puede establecer afirmaciones acerca del
estado inicial yfinal de equilibrio del sistema en esta transformación.
Signos para el Calor Q y el Trabajo W : El convenio de signos para
el trabajo y el calor en un sistema se emplena desde el desarrollo
inicial de la máquina de vapor, y queda descrito gráficamente en
la figura 5.1. Se considera positivo el trabajo que realiza el sistema sobre el medio exterior, y negativo si es el medio exterior el
querealiza un trabajo sobre el sistema. Y se considera positivo el
calor que entra en el sistema y negativo el calor que se libera del
sistema.

5.1.1. Equilibrio térmico
y Principio Cero de la Termodinámica
Cuando dos sistemas termodinámicos A y B, definidos cada uno de ellos
por el conjunto de variables de estado XA y XB , respectivamente, se ponen en contacto se producirán una serie de...