Fundamentos de Termodinámica: Estados, Energía y Procesos

Diagramas de Fase y Ecuaciones de Estado

En los diagramas de fase se examinan los cambios de estado mediante la relación entre presión, temperatura y volumen específico. Las ecuaciones de estado definen las relaciones P-T-v de una sustancia pura para estados de equilibrio, destacando modelos como:

• Gases ideales.
• Van der Waals.
• Redlich-Kwong.

Primera Ley de la Termodinámica

La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Estas energías están presentes en los procesos industriales y se relacionan con transformaciones físicas y químicas:

• Sistema cerrado: La variación de energía del sistema más la variación de los alrededores es igual a cero.
• Sistema abierto: La energía que entra al sistema es igual a la energía que sale del mismo.

Energías contenidas en la materia

• Cinética: Energía debida al movimiento de la materia.
• Potencial: Energía asociada a la posición de la materia según un campo potencial (gravitacional o electromagnético).
• Interna: Energía de las moléculas que constituyen la sustancia. Está asociada al movimiento molecular (traslación, rotación y vibración). Al adicionar calor, la actividad molecular aumenta, incrementando esta energía (referenciada en tablas de vapor saturado).

Energías en tránsito

• Trabajo: Energía que fluye como resultado de una fuerza impulsora (fuerza, momento, voltaje). Es (+) cuando se realiza sobre el sistema y (-) cuando sale del sistema.
• Calor: Energía que fluye debido a una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores. Por convención, es (+) cuando se transfiere al sistema y (-) cuando sale del mismo.
• Sistema adiabático: Ocurre cuando el sistema y sus alrededores se encuentran a la misma temperatura o están perfectamente aislados, por lo que el calor es igual a cero (Q = 0).

Entalpía

La entalpía es una propiedad termodinámica de gran importancia práctica. Su variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema, representando el intercambio energético total con su entorno.