(Parte 1 de 10)

1. CONCEPTO Y AMPLITUD DE LA TERMODINÁMICA1.1
1.1 CIENTÍFICOS PIONEROS DE LA TERMODINÁMICA1.2
2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES1.4
2.1 SISTEMA1.4
2.1.1 Tipos de sistemas1.4
2.1.2 Tipos de límites de los sistemas1.5
2.1.3 La pared adiabática1.5
2.2 PROPIEDAD1.6
2.2.1 Definición de propiedad1.6
2.2.2 Tipos de propiedades1.6
2.2.3 Características matemáticas de una propiedad1.7
2.3 COEFICIENTES TERMODINÁMICOS1.7
2.4 ESTADO TERMODINÁMICO1.8
2.5 PROCESO1.9
2.6 FASE1.10
2.7 SUSTANCIA PURA1.10
3. DIMENSIONES Y UNIDADES1.10
3.1 NOMENCLATURA DE MAGNITUDES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS1.10
3.2 VOLUMEN, VOLUMEN ESPECÍFICO Y DENSIDAD1.10
3.3 PRESIÓN1.1
4. TEMPERATURA Y LA LEY CERO1.12
4.1 EQUILIBRIO TÉRMICO1.12
4.2 LEY CERO1.13
4.3 TEMPERATURA EMPÍRICA1.13
4.4 ESCALA DE TEMPERATURAS DEL GAS IDEAL1.15
4.5 OTRAS ESCALAS DE TEMPERATURAS1.17
BIBLIOGRAFÍA1.17
EJEMPLOS DE CAMBIOS DE UNIDADES1.18

TEMA 1 - INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS Y DEFINICIONES

1. TRABAJO EN SISTEMAS MECÁNICOS2.2
2. TRABAJO EN SISTEMAS TERMODINÁMICOS2.2
2.1 CONCEPTO DE TRABAJO TERMODINÁMICO2.2
2.2MEDIDA DEL TRABAJO. CONVENIO DE SIGNOS Y NOTACIÓN2.4
2.3 TRABAJO EN UNA FRONTERA MÓVIL2.5
2.4 TRABAJO EN SISTEMA COMPRESIBLE2.6
2.5 TRABAJO EN PROCESOS CUASIESTÁTICOS2.7
2.6 TRABAJO DISIPATIVO2.9
2.7 TRABAJO EN OTROS SISTEMAS2.9
2.7.1 Trabajo elástico o de resorte2.9
2.7.2 Alargamiento de una lámina superficial2.1
2.7.3 Trabajo de torsión2.1
2.7.4 Trabajo eléctrico2.1
2.7.5 Trabajo de polarización y magnetización2.12
2.8 RESUMEN DE TRABAJOS CUASIESTÁTICOS2.12
3. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA2.13
3.1 PROCESOS ADIABÁTICOS2.13
3.2 EL PRIMER PRINCIPIO2.13
3.3 PROCESOS NO ADIABÁTICOS2.14
3.4 TRABAJO, CALOR Y ENERGÍA2.14
5.1 CONVENIO DE SIGNOS Y NOTACIÓN2.16
5.2 MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR2.17
6. BALANCE DE ENERGÍA EN SISTEMAS CERRADOS2.17
BIBLIOGRAFÍA2.19
PROBLEMAS PROPUESTOS2.20
1. EL POSTULADO DE ESTADO3.2
1.1 PROPIEDADES INDEPENDIENTES Y DEPENDIENTES3.2
1.2 EL POSTULADO DE ESTADO3.2
1.3 LA REGLA DE LAS FASES DE GIBBS3.2
2. ECUACIONES DE ESTADO3.3
2.1 ECUACIONES DE ESTADO TÉRMICAS3.4
2.2ECUACIONES DE ESTADO ENERGÉTICAS: ENERGÍA INTERNA Y ENTALPÍA3.5
2.2.1Significado físico de la energía interna y entalpía3.5
2.2.2 Coeficientes calóricos: definición3.6
2.2.3 Significado físico de los coeficientes calóricos3.6
3. LA RELACIÓN P-V-T3.7
3.1 SUPERFICIE P-V-T3.7
3.2 PROYECCIONES DE LA SUPERFICIE P-V-T3.10
3.2.1 Diagrama de Fases (P-T)3.10
3.2.2 Diagrama P-v3.1
3.2.3 Diagrama v-T3.1
3.3 CAMBIOS DE FASE3.1
4. VALORES DE LAS PROPIEDADES TERMODINÁMICAS3.15
4.1 TABLAS DE V,H,S = F (P,T)3.15
4.1.1 Tablas de saturación3.15
4.1.2 Tablas de Líquidos y Vapores3.15
4.1.3 Estados de referencia3.16
4.2 APROXIMACIÓN DEL LÍQUIDO SUBENFRIADO3.17
4.3 MODELO DE SUSTANCIA INCOMPRESIBLE3.17
4.4 ECUACIONES DE ESTADO3.18
BIBLIOGRAFÍA3.19
APLICACIÓN DEL PRIMER PRINCIPIO A SISTEMAS SIMPLES COMPRESIBLES3.19
PROBLEMAS PROPUESTOS3.23

TEMA 3 - SISTEMAS SIMPLES

1. DEFINICIÓN DE GAS IDEAL4.1
1.1 ECUACIÓN DE ESTADO TÉRMICA4.1
1.2 ECUACIÓN DE ESTADO ENERGÉTICA4.3
1.2.1 Experiencia de Joule4.4
1.2.2Energía interna y entalpía de un Gas Ideal4.5
2. EL GAS PERFECTO4.6
3. PROCESOS CUASIESTÁTICOS EN GASES IDEALES4.8
3.1 PROCESO ISOCORO4.9
3.2 PROCESO ISOBARO4.9
3.3 PROCESO ISOTERMO4.9
3.4 PROCESO ADIABÁTICO4.10
4. EL PROCESO POLITRÓPICO4.1
BIBLIOGRAFÍA4.14
1.TRANSICIÓN DE MASA DE CONTROL A VOLUMEN DE CONTROL5.1
2.CONSERVACIÓN DE LA MASA EN UN VOLUMEN DE CONTROL5.3
2.1 DESARROLLO DEL BALANCE DE MATERIA5.3
2.2 EXPRESIÓN DEL CAUDAL MÁSICO5.4
2.3 FLUJO UNIDIMENSIONAL5.5
2.4 BALANCE DE MATERIA EN ESTADO ESTACIONARIO5.5
3.CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA EN UN VOLUMEN DE CONTROL5.5
3.1 TRABAJO EN SISTEMAS ABIERTOS. TRABAJO TÉCNICO5.6
3.2 EXPRESIÓN DEL BALANCE DE ENERGÍA5.7
3.3 BALANCES DE ENERGÍA EN ESTADO ESTACIONARIO5.8
4.ANÁLISIS DE VOLÚMENES DE CONTROL EN ESTADO ESTACIONARIO5.8
4.1 TOBERAS Y DIFUSORES5.9
4.2 DISPOSITIVOS DE ESTRANGULACIÓN5.9
4.3 TURBINAS, COMPRESORES Y BOMBAS5.9
4.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR5.10
5. ANÁLISIS DE TRANSITORIOS5.1
5.1 LLENADO DE DEPÓSITOS5.1
5.2 VACIADO DE DEPÓSITOS5.12
BIBLIOGRAFÍA5.12
EJEMPLOS DE SISTEMAS ABIERTOS5.12
PROBLEMAS PROPUESTOS5.19

TEMA 5 - EL VOLUMEN DE CONTROL

1. INTRODUCCIÓN6.1
2. PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES6.2
2.1 CARACTERÍSTICAS DE UN PROCESO REVERSIBLE6.2
2.2 TIPOS DE IRREVERSIBILIDADES6.2
3. MÁQUINAS TÉRMICAS6.3
3.1 CICLOS DE POTENCIA6.4
3.2 CICLOS INVERSOS6.5
4. FORMULACIONES DEL SEGUNDO PRINCIPIO6.5
4.1 ENUNCIADO DE CLAUSIUS6.6
4.2 ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK6.6
4.3 EQUIVALENCIA DE AMBOS ENUNCIADOS6.6
4.4 FORMULACIÓN ANALÍTICA DEL ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK6.7
5. CONSECUENCIAS DEL SEGUNDO PRINCIPIO6.7
5.1 COROLARIOS DEL SEGUNDO PRINCIPIOS PARA CICLOS6.7
5.2 LA ESCALA KELVIN DE TEMPERATURA6.8
5.3 RENDIMIENTO MÁXIMO DE MÁQUINAS TÉRMICAS6.1
6. EL CICLO DE CARNOT6.12
6.1CICLO DE CARNOT CON GAS IDEAL, SISTEMA CERRADO6.13
6.2CICLO DE CARNOT CON GAS IDEAL, SISTEMA ABIERTO6.13
6.3CICLO DE CARNOT CON FLUIDO BIFÁSICO, SISTEMA ABIERTO6.14
BIBLIOGRAFÍA6.14
EJEMPLOS DESARROLLADOS6.15
1. LA DESIGUALDAD DE CLAUSIUS7.1
2. DEFINICIÓN DE LA VARIACIÓN DE ENTROPÍA7.3
2.1 CALOR EN PROCESOS INTERNAMENTE REVERSIBLES7.4
2.2 VARIACIÓN DE ENTROPÍA EN PROCESOS IRREVERSIBLES7.5
2.3 PRINCIPIO DE AUMENTO DE ENTROPÍA7.6
3.VALORES NUMÉRICOS DE LA ENTROPÍA (SUSTANCIA PURA, SIMPLE Y COMPRESIBLE)7.7
3.1 TABLAS7.7
3.2 DIAGRAMAS7.7
3.3 ECUACIONES TDS7.9
3.4 GAS IDEAL7.10
3.5 SUSTANCIA INCOMPRESIBLE7.10
4. BALANCE DE ENTROPÍA EN SISTEMAS CERRADOS7.1
5.BALANCE DE ENTROPÍA EN VOLÚMENES DE CONTROL7.1
BIBLIOGRAFÍA7.1
EJEMPLOS DESARROLLADOS7.12
PROBLEMAS PROPUESTOS7.20

TEMA 7 - ENTROPÍA

1.TRABAJO EN PROCESOS DE EXPANSIÓN Y COMPRESIÓN8.1
1.1 CÁLCULO DEL TRABAJO8.2
1.2 TRABAJO DE BOMBAS DE LÍQUIDOS8.3
1.3 COMPRESORES DE GASES8.4
2. EFECTIVIDAD DE PROCESOS ADIABÁTICOS8.5
3. TRABAJO Y CALOR EN PROCESOS ISOTERMOS8.9
3.1 PROCESOS ISOTERMOS REVERSIBLES EN SISTEMA CERRADO8.9
3.2PROCESOS ISOTERMOS REVERSIBLES EN VOLUMEN DE CONTROL8.10
4. EFECTIVIDAD DE INTERCAMBIADORES DE CALOR8.10
5. TEST DE IMPOSIBILIDAD DE PROCESOS8.13
BIBLIOGRAFÍA8.15
PROBLEMAS PROPUESTOS8.16

TEMA 8 - APLICACIONES DE LA SEGUNDA LEY

1. PROPIEDADES DE MEZCLAS GASEOSAS10.1
1.1 FRACCIÓN MOLAR Y FRACCIÓN MÁSICA10.1
1.2ECUACIÓN DE ESTADO DE MEZCLAS DE GASES IDEALES10.2
1.2.1 Presión parcial: regla de Dalton10.3
1.2.2 Volumen parcial: regla de Amagat10.4
1.3 PROPIEDADES EXTENSIVAS: LEY DE GIBBS10.5
2. MEZCLAS GASEOSAS CON UN COMPONENTE CONDENSABLE10.6
3. AIRE HÚMEDO10.7
4. TEMPERATURAS CARACTERÍSTICAS DEL AIRE HÚMEDO10.9
4.1 TEMPERATURA DE ROCÍO10.9
4.2 TEMPERATURA DE SATURACIÓN ADIABÁTICA10.10
4.3 TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO10.1
5. DIAGRAMA PSICROMÉTRICO10.14
6. PROCESOS CON AIRE HÚMEDO10.15
6.1 CALENTAMIENTO10.15
6.4 MEZCLA DE CORRIENTES DE AIRE HÚMEDO10.19
6.5 TORRES DE ENFRIAMIENTO10.20
6.6 NOTA SOBRE LA HUMEDAD EN SÓLIDOS10.2
BIBLIOGRAFÍA10.2
PROBLEMAS PROPUESTOS10.23
1. EL PROCESO DE COMBUSTIÓN1.1
1.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES1.1
1.2 COMBUSTIBLES1.3
1.3 COMBURENTE: EL AIRE1.5
1.4 PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN1.5
2. ESTEQUIOMETRÍA DE LOS PROCESOS DE COMBUSTIÓN1.6
2.1 REACCIÓN TEÓRICA1.6
2.2 REACCIÓN REAL1.6
2.3 PARÁMETROS PARA DESCRIBIR LA ESTEQUIOMETRÍA1.7
3. COMBUSTIÓN EN RÉGIMEN ESTACIONARIO1.8
3.1 PRIMER PRINCIPIO1.8
3.1.1 Calor de reacción1.9
3.1.2 Estado estándar1.9
3.1.3 Calor de reacción estándar1.9
3.1.4 Calor de combustión1.9
3.1.5 Potencia calorífica1.9
3.1.6 Balance general de reacción química1.10
3.1.7 Temperatura de llama1.10
3.2 SEGUNDO PRINCIPIO1.10
4. COMBUSTIÓN A VOLUMEN CONSTANTE1.10
BIBLIOGRAFÍA1.1
PROBLEMAS RESUELTOS1.1
PROBLEMAS PROPUESTOS1.18

TEMA 1 - MEZCLAS REACTIVAS Y COMBUSTIÓN

1. ENERGÍA UTILIZABLE Y DISPONIBILIDAD12.1
2. EXERGÍA DE UNA MASA DE CONTROL12.1
2.1 AMBIENTE12.1
2.2 ESTADO MUERTO12.1
2.3 CÁLCULO DE LA EXERGÍA12.2
2.3.1 Exergía absoluta12.2
2.3.2 Variación de exergía12.3
2.3.3Trabajo real y trabajo perdido en procesos reales12.3
2.4 BALANCE DE EXERGÍA EN SISTEMAS CERRADOS12.4
3. EXERGÍA DE UN FLUJO ESTACIONARIO12.5
3.1 CÁLCULO DE LA EXERGÍA DE FLUJO12.5
3.2 COMPONENTES DE LA EXERGÍA FÍSICA12.6
3.3BALANCE DE EXERGÍA EN VOLÚMENES DE CONTROL12.6
BIBLIOGRAFÍA12.7
PROBLEMAS PROPUESTOS12.8

TEMA 12 - LA ENERGÍA DISPONIBLE. LA EXERGÍA

2.1 BALANCE DE EXERGÍA EN SISTEMAS CERRADOS13.2
2.2 ADICIÓN DE ENERGÍA A UN SISTEMA CERRADO13.3
2.3 CALENTAMIENTO ELÉCTRICO DIRECTO13.3
2.4 INTERCAMBIO DE ENERGÍA ENTRE SUSTANCIAS INCOMPRESIBLES13.4
3.EJEMPLOS DE ANÁLISIS EXERGÉTICO (VOLÚMENES DE CONTROL)13.5
3.1BALANCE DE EXERGÍA EN VOLÚMENES DE CONTROL13.5
3.2 TURBINAS13.6
3.3 COMPRESORES Y BOMBAS13.9
3.4 TOBERAS13.1
3.5 ESTRANGULACIÓN13.12
3.6 INTERCAMBIADORES DE CALOR SIN MEZCLA13.13
3.7INTERCAMBIO DE ENERGÍA POR MEZCLA DE FLUIDOS PUROS13.15
BIBLIOGRAFÍA13.16
PROBLEMAS PROPUESTOS13.17
1. CICLOS DE RANKINE14.1
1.1 RENDIMIENTOS DE MÁQUINAS BITERMAS14.1
1.2 FLUIDOS EMPLEADOS EN CICLOS DE VAPOR14.2
1.2.1 Criterios de elección del fluido14.2
1.2.2 Fluidos empleados14.2
1.3 CICLO DE RANKINE SIMPLE14.2
1.3.1 Ciclo ideal teórico14.2
1.3.2 Ciclo ideal práctico: Ciclo de Rankine14.3
1.3.3 Irreversibilidades en un ciclo real14.4
2. FACTORES QUE AFECTAN AL RENDIMIENTO14.5
2.1 AUMENTO DE PRESIÓN EN CALDERA14.6
2.2 SOBRECALENTAMIENTO DEL VAPOR14.7
2.3 REDUCCIÓN DE PRESIÓN EN CONDENSADOR14.7
3. MODIFICACIONES PARA MEJORAR EL RENDIMIENTO14.7
3.1 CICLOS CON RECALENTAMIENTO14.7
3.2 CICLOS REGENERATIVOS14.8
3.2.1 Regeneradores abiertos14.8
3.2.2 Calentadores cerrados14.9
3.2.3 Calentadores múltiples14.1
BIBLIOGRAFÍA14.1
PROBLEMAS RESUELTOS14.12
PROBLEMAS PROPUESTOS14.19

TEMA 14 - CICLOS DE POTENCIA CON VAPOR

1. BIBLIOGRAFÍA15.1
2. PROBLEMAS RESUELTOS15.2
3. PROBLEMAS PROPUESTOS15.4

TEMA 15 - CICLOS FRIGORÍFICOS

Paseo de Manuel Lardizábal 13. 20018 Donostia-San Sebastián. Tel.: 943 219 877 Fax: 943 311 442 w.esi.unav.es informacion@ceit.es © Tomás Gómez-Acebo, tgacebo@tecnun.es septiembre 2001

Tema 1 - INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS Y DEFINICIONES

1. CONCEPTO Y AMPLITUD DE LA TERMODINÁMICA1.1
1.1 CIENTÍFICOS PIONEROS DE LA TERMODINÁMICA1.2
2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES1.4
2.1 SISTEMA1.4
2.1.1 Tipos de sistemas1.4
2.1.2 Tipos de límites de los sistemas1.5
2.1.3 La pared adiabática1.5
2.2 PROPIEDAD1.6
2.2.1 Definición de propiedad1.6
2.2.2 Tipos de propiedades1.6
2.2.3 Características matemáticas de una propiedad1.7
2.3 COEFICIENTES TERMODINÁMICOS1.7
2.4 ESTADO TERMODINÁMICO1.8
2.5 PROCESO1.9
2.6 FASE1.10
2.7 SUSTANCIA PURA1.10
3. DIMENSIONES Y UNIDADES1.10
3.1 NOMENCLATURA DE MAGNITUDES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS1.10
3.2 VOLUMEN, VOLUMEN ESPECÍFICO Y DENSIDAD1.10
3.3 PRESIÓN1.1
4. TEMPERATURA Y LA LEY CERO1.12
4.1 EQUILIBRIO TÉRMICO1.12
4.2 LEY CERO1.13
4.3 TEMPERATURA EMPÍRICA1.13
4.4 ESCALA DE TEMPERATURAS DEL GAS IDEAL1.15
4.5 OTRAS ESCALAS DE TEMPERATURAS1.17
5. BIBLIOGRAFÍA1.17
6. EJEMPLOS DE CAMBIOS DE UNIDADES1.18

En este primer capítulo, tras una breve introducción histórica, se definen algunos conceptos que se emplearán durante todo el curso (sistema, propiedad, estado y proceso); y se presentan las tres variables más importantes: presión, volumen y temperatura, esta última con más detalle. Este tema es de referencia: habrá que volver durante el curso a las definiciones aquí presentadas.

Desde los tiempos prehistóricos, el hombre se encontró compartiendo su vida con los cuatro elementos que mucho más tarde consideraba Aristóteles las bases del Universo: la tierra, el agua, el aire y el fuego. Este último comenzó pronto a manejarlo, producirlo y utilizarlo. Al principio sólo

1.2 Tema 1 - Introducción. Conceptos y Definiciones para calentarse, después para cambiar sus herramientas de piedra por metálicas, combinando así la combustión con la posibilidad de transformaciones de la materia, reacciones químicas, lo cual hizo posible lentamente, la construcción de su vivienda, y de sus herramientas. Al principio sólo manejó, como ayuda a su esfuerzo muscular y al de los animales, la fuerza del viento y de las corrientes de agua, y tuvo que remontarse hasta hace unos trescientos años, para crear la máquina que trajo en la historia la revolución industrial.

La ENERGÍA, palabra griega que significa fuerza en acción, o capacidad para producir trabajo, es el protagonista principal de la disciplina de la Termodinámica que pretendemos estudiar.

Sabemos que la materia posee energía tanto por su misma naturaleza, energía interna, como por su relación con un medio externo referencial; así conocemos la energía potencial relacionada con la posición en un campo externo, gravitatorio, eléctrico o magnético y también la energía cinética relacionada con el movimiento de traslación o de rotación. Estamos perfectamente familiarizados con los conceptos de energía térmica, mecánica, eléctrica, magnética, química, superficial y conocemos de sus posibles transferencias y también de sus transformaciones de unas formas en otras.

La TERMODINÁMICA tiene como objetivo el entender las interrelaciones entre los fenómenos mecánicos, térmicos y químicos. Por ello se puede definir como la Ciencia que estudia todas las transformaciones o conversión de unas formas de energías en otras y también la transmisión o transferencia de determinada clase de energía. En su sentido etimológico, podría decirse que trata del calor y del trabajo, pero por extensión, de todas aquellas propiedades de las sustancias que guardan relación con el calor y el trabajo.

La Termodinámica se desarrolla a partir de cuatro Principios o Leyes:

· Principio Cero: permite definir la temperatura como una propiedad. • Primer Principio: define el concepto de energía como magnitud conservativa.

• Segundo Principio: define la entropía como medida de la dirección de los procesos.

El desarrollo histórico de esta ciencia no ha sido ciertamente lineal.1

1.1 CIENTÍFICOS PIONEROS DE LA TERMODINÁMICA

Entre los numerosos científicos que han intervenido en el desarrollo de la termodinámica podríamos señalar seis a los que se puede atribuir las bases de esta ciencia:

viene en la nomenclatura de elementos y compuestos químicosSu vida fue segada prematura-

El primero de ellos debemos considerar a Antoine Laurent Lavoisier (Francia, 1743-1794) que con sus numerosos trabajos cabe atribuirle la fundación de la química moderna. Estudió la estequiometría de las reacciones, el conocimiento de la combustión, la composición del aire y del agua; inter-

1 Peter William Atkins ha expuesto así la cronología de las leyes termodinámicas (The Second Law, Scientific American Library 1984): "There are four laws. The third of them, the Second Law, was recognized first; the first, the Zeroth Law, was formulated last; the First Law was second; the Third Law might not even be a law in the same sense as the others. Happily, the content of the laws is simpler than their chronology, which represents the difficulty of establishing properties of intangibles."

Concepto y amplitud de la Termodinámica1.3 mente por la guillotina en la época del terror de la revolución francesa. Con su célebre frase “nada se crea, nada se pierde” presenta y demuestra la ley de la conservación de la materia, precursora de la 1ª ley de la termodinámica de la conservación de la energía.

Nicolás Léonard Sadi Carnot (Francia, 1796-1832) desde la presentación ante la Academia Francesa de su trabajo sobre la potencia del fuego2, abre el campo al análisis de las máquinas térmicas. Su nombre nos acompañará durante todo este curso. El rendimiento de su famoso ciclo ideal, el llamado factor de Carnot, deberemos emplearlo incluso en el análisis más moderno de los sistemas termodinámicos.

Rudolf J. Clausius (Alemania, 1822-1888), entre sus trabajos señalamos la introducción de una nueva propiedad termodinámica, la entropía. Es el artífice de la formulación matemática del segundo principio.

William Thomson, Lord Kelvin (Escocia, 1824-1907), del que destacaremos la creación de la escala de temperaturas que lleva su nombre y la definición de la llamada energía disponible de un sistema.

James Prescott Joule (Inglaterra, 1818-1889), cervecero y experto en el uso de los termómetros, deduce la equiparación entre la energía térmica y el trabajo. La unidad de la energía toma su nombre.

Y por último Josia Willard Gibbs (USA, 1839-1903). Fue un hombre modesto, trabajó en Yale durante nueve años sin recibir nada por su trabajo hasta que fueron reconocidas sus aportaciones, que abren el camino de la termodinámica moderna y de la mecánica estadística. Su célebre Regla de las fases y sus numerosas ecuaciones fundamentales entre las propiedades termodinámicas, abrieron el paso a toda la moderna química e ingeniería industrial.3

2 Reflexions sur la Puissance motrice du feu.

3 Es famoso el comentario de una prima de Gibbs al ver una copia de su artículo de Termodinámica más famoso: “It looks full of hard words and signs and numbers, not very entertaining or understandable looking, and I wonder whether it will make people wiser or better” (cit. por O. Levenspiel, Understanding Engineering Thermo, Prentice Hall, 1996).

1.4 Tema 1 - Introducción. Conceptos y Definiciones 2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES

Vocabulario termodinámico:

2.1 SISTEMA

Sistema es una porción del universo objeto de estudio. Un sistema es una región restringida, no necesariamente de volumen constante, ni fija en el espacio, en donde se puede estudiar la transferencia y transmisión de masa y energía.

Todo sistema queda limitado por un contorno, paredes, fronteras o límites del sistema, que pueden ser reales o imaginarios. También se llaman superficie de control.

El medio rodeante o entorno es la parte del universo próxima al sistema y que se ve afectada en alguna medida por los procesos que ocurren en el sistema.

2.1.1 Tipos de sistemas En función de los límites, un sistema puede ser:

• Abierto: en un sistema abierto es posible la transferencia de masa y de energía a través de sus límites; la masa contenida en él no es necesariamente constante. Se denomina volumen de control; la superficie limitante, que por lo menos en parte debe ser permeable o imaginaria, se llama superficie de control.

• Aislado: un sistema aislado no puede transferir materia ni energía con el medio rodeante. El universo en su totalidad se puede considerar como un sistema aislado.

Se denomina fase a cierta cantidad de materia, homogénea en composición química y estructura física. Un sistema que contiene una sola fase se denomina homogéneo, y si consta de dos o más fases es un sistema heterogéneo. Una fase puede estar compuesta de una sustancia pura o de varios componentes.

Conceptos y definiciones1.5

2.1.2 Tipos de límites de los sistemas · Adiabáticos, cuando no pueden ser atravesados por el calor.

• Diatérmicos, si permiten la transferencia del calor.

• Rígidos, si no permiten el cambio de volumen.

• Permeables o semipermeables, cuando a través de las paredes del sistema puede pasar cualquier clase o sólo determinadas sustancias respectivamente.

El concepto de pared adiabática se puede ilustrar con un experimento sencillo. Se dispone de un sistema cerrado y rígido en el que se tiene un dispositivo para la medida de su temperatura empírica. El sistema se rodea de otro con una temperatura empírica mayor. Si el sistema inicial está construido de cobre, la evolución de la temperatura será semejante a la de la curva 1 de la Figura 1.2. Las curvas 2, 3, 4 y 5 resultarían si el sistema está construido de acero, vidrio, polietileno, alúmina, respectivamente. Estos resultados se basan en el concepto intuitivo de los valores decrecientes de la conductividad térmica desde el cobre a la alúmina.

Tiempo

(Parte 1 de 10)

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