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2.65.- TTermodinámica.ERMODINAMICA
La termodinámica es la rama de la física que estudia la energía y la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor y su capacidad para producir trabajo.

Nos debe quedar claro, que la termodinámica es una ciencia y quizás una de las herramientas más importantes en la ingeniería, porque sde dedica a descubrir los procesos que implican cambios; en temperatura, en la transformación de la energía y la relación entre el calor y el trabajo, [32][33]. ].


El concepto de sistema termodinámico: se puede decir que sistema es un conjunto de elementos con relaciones de interacción e interdependencia que le confieren entidad propia al formar un todo unificado.

Un sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier región del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo imaginariamente de todo lo demás. Así todo lo que le rodea es el entorno o el medio donde se encuentra el sistema.

Los sistemas termodinámicos, se pueden clasificar como: aislados, cerrados y abiertos.
Los sistemas aislados son aquellos que no pueden intercambiar materia ni energía con su entorno, siendo este un modelo imaginario cuya frontera o límite del sistema impide cualquier tipo de intercambio.

El sistema cerrado es el sistema que solo puede intercambiar energía con su entorno pero no materia, es decir aquel cuya frontera admite únicamente el intercambio de energía [34][35]..


El sistema abierto, en cambio si puede intercambiar materia y energía con su entorno.
La condición o existencia de un sistema termodinámico en un punto particular y en un determinado instante de tiempo se describe por un conjunto interrelacionado de cantidades susceptible de ser medidos llamadas: propiedades termodinámicas. Por lo tanto, estas condiciones descritas por dichas propiedades se llaman, de Estado.
Las propiedades termodinámicas son solo aquellas cantidades cuyos valores numéricos no dependen de la historia del sistema, es decir son independientes de la ruta seguida entre dos diferentes estados.

Las cantidades como presión y temperatura son propiedades termodinámicas ya que sus valores dependen estrictamente de la condición instantánea durante la cual son medidas.

Como ejemplo de cantidades que no son propiedades termodinámicas son trabajo, calor, transferencia de masa, péerdida de trabajo disponible, péerdida de energía, etcetc. [36][33]..
Las propiedades termodinámicas cuyos valores dependen del tamaño del sistema son llamadas propiedades extensivas (volumen, entropía, energía interna), las propiedades intensivas son aquellas que no dependen del tamaño del sistema (presión, temperatura).

Es importante tener en cuenta que las propiedades termodinámicas describen un estado solamente cuando el sistema está en equilibrio.


El concepto de equilibrio termodinámico: un sistema está en equilibrio termodinámico cuando no se observa ningún cambio en sus propiedades termodinámicas a lo largo del tiempo.

Los estados de equilibrio son por definición estados independientes del tiempo.

Un sistema en equilibrio termodinámico satisface:
Equilibrio

1.- equilibrio mecánicoMecánico (ninguna fuerza desequilibradora)

E2.- equilibrio Ttérmico (ninguna diferencia de temperatura)

E3.- equilibrio Qquímico.

Un estado de no equilibrio es un estado con intercambio netos de masa, energía y sus parámetros características dependen en general de la posición y del tiempo [37] [35]..
Concepto de proceso termodinámico: se refiere al cambio de estado desde un estado inicial hasta un estado final.

El proceso, implica no solo conocer el estado inicial y final sino las iteraciones experimentadas por el sistema mientras esta en comunicación con su medio o entorno (transferencia de trabajo, transferencia de calor, las diferencias de entropía).

La trayectoria ou ruta del proceso es la sucesión de estados que ha seguido o recorrido el sistema desde el estado inicial hasta el estado final.
Un ciclo termodinámico, es un proceso especial en el cual el estado inicial coincide con el estado final. [35].

].

Los procesos reversibles, son idealizaciones de procesos verdaderos. Los procesos reversibles son extremadamente útiles para definir límites al sistema, para identificar las áreas en las cuales ocurren las ineficiencias y permite dar criterios en el diseño de equipos.



Una característica importante de un proceso reversible es que dependiendo del proceso, éeste representa el trabajo máximo que se puede extraer al ir de un estado a otro o bien el trabajo mínimo que es necesario para crear un cambio de estado.

Un proceso entonces es reversible, si después de que haya ocurrido el proceso, tanto el sistema como sus alrededores se pueden restaurar completamente por cualquier medio a sus estados iniciales respectivos. [ ].

El criterio que se debe tener es, que si un proceso es totalmente reversible se debe basar en su estado inicial y final [35] [37]..
La entropía: es una propiedad termodinámica que mide el grado de restricciones que se han removido de un sistema y comúnmente se asocia con el grado de orden que se ha perdido entre un estado y otro [38][37]..
La primera ley de la termodinámica, conocida también como ley de la conservación de la energía enuncia que la energía es indestructible y siempre que desaparece una clase de ella, aparece otra. Más específicamente la primera ley de la termodinámica establece que al variar la energía interna en un sistema cerrado, se produce calor y un trabajo.
La segunda ley de la termodinámica, indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas. El flujo espontaneo de calor siempre es unidireccional desde los cuerpos de temperatura masmás alta a aquellos de temperatura más bajas.

En esta ley aparece el concepto de entropía, la cual se define como la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

La entropía de un sistema es también un grado de desorden del mismo. En la segunda ley se establece que en los procesos espontáneos la entropía a la larga tiende a aumentar. Los sistemas ordenados se desordenan espontáneamente, ahora si se requiere restituir el orden original hay que realizar un trabajo sobre el sistema.

Esta ley, también declara que es imposible la existencia de una maquina térmica que extraiga calor de una fuente y lo convierta totalmente en trabajo, sin enviar nada a la fuente fría, [32][36][39]. ].


Existen en termodinámica, diferentes tipos de procesos termodinámicos, siendo los siguientes:
Procesos Adiabáticos: se define como un proceso en el cual el sistema no absorbe ni cede calor, es decir Q (calor)=0.

Este proceso se puede lograr ya sea aislando térmicamente el sistema de sus alrededores o realizando el proceso rápidamente.

Como el flujo de calor es algo lento, cualquier proceso puede hacerse prácticamente adiabático si se efectúa con suficiente rapidez.

Realizando un proceso adiabático en un gas podemos observar que si este se expande, el W (trabajo) es positivo y por lo tanto ∆U U (cambio de energía interna) es negativo y el gas se enfría. De manera reciproca si se comprime adiabáticamente el gas se calienta.

Un ejemplo de proceso adiabático común es la expansión de gases caliente en maquinas de combustión interna o la licuefacción de los gases en sistemas de enfriamiento
Procesos Isobáricos: este proceso es aquel que ocurre a presión constante. Cuando ocurre un proceso de este tipo, tanto el calor transferido, como el trabajo realizado y la variación de la energía interna, no son cero.

El trabajo (W), es simplemente se define como la presión (P) multiplicada por el cambio de volumen.


Procesos Isométricos: es aquel proceso que se lleva a volumen constante, en dicho proceso el trabajo es cero; esto significa que si se agrega calor a un sistema manteniendo el volumen constante, todo el calor se utiliza para aumentar la energía interna del sistema.

Procesos Isotérmicos: es aquel proceso que ocurre a temperatura constante, y en una grafica presión (P) contra volumen (V) a temperatura constante toma la forma de una curva llamada isoterma, que para un gas ideal la isoterma es una hipérbola [37] [36]..

Procesos Isocoricos: es aquel proceso para el cual el trabajo total realizado por o sobre el sistema es igual a cero, esto es W=0, en toda la trayectoria.





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