Termodinámica: Sistemas, Propiedades y Procesos Clave

Sistema Termodinámico

Un sistema termodinámico es todo aquello que está rodeado por un límite real o imaginario y es posible estudiarlo a través de las leyes de la termodinámica. Existen dos grandes grupos de sistemas termodinámicos:

- Sistemas cerrados, estáticos o NO fluentes.

- Sistemas abiertos, dinámicos o fluentes.

Sistemas Cerrados

Son aquellos que tienen la capacidad de intercambiar calor y/o trabajo con sus alrededores.

Sistemas Abiertos

Son aquellos que, además de intercambiar calor y/o trabajo con sus alrededores, tienen la capacidad de intercambiar masa.

Ejemplos típicos de sistemas abiertos son:

• Tuberías desplazando algún fluido.
• Turbocompresores.
• Bombas y compresores.
• Intercambiadores de calor y radiadores.
• Evaporadores y condensadores.

Propiedades, Estado, Procesos y Ciclo

Las propiedades son características macroscópicas de un sistema, tales como: masa, volumen, energía, presión y temperatura. A estas propiedades se les pueden asignar valores numéricos en un instante dado sin un conocimiento previo de la historia del sistema. La termodinámica también trata con magnitudes que no son propiedades, tales como el flujo de masa y la transferencia de energía por trabajo y calor.

Propiedades Extensivas e Intensivas

Las propiedades termodinámicas pueden clasificarse en dos categorías generales: extensivas e intensivas. Una propiedad se llama extensiva si su valor para un sistema es la suma de los valores correspondientes a las partes en que se subdividan. La masa, el volumen, la energía y otras propiedades son propiedades extensivas y dependen, por tanto, del tamaño o extensión de un sistema. Las propiedades extensivas pueden cambiar con el tiempo y muchos análisis termodinámicos consisten fundamentalmente en un balance cuidadoso de los cambios en propiedades extensivas tales como la masa y la energía cuando el sistema interacciona con su entorno.

Las propiedades intensivas no son aditivas en el sentido señalado previamente. Sus valores son independientes del tamaño o extensión de un sistema y pueden variar de un sitio a otro dentro del sistema en un instante dado. Así, las propiedades intensivas pueden ser función de la posición y del tiempo mientras que las propiedades extensivas varían fundamentalmente con el tiempo. El volumen específico, la presión y la temperatura son propiedades intensivas.

Estado

El término estado expresa la condición de un sistema definida por el conjunto de sus propiedades. Puesto que normalmente existen relaciones entre dichas propiedades, el estado puede especificarse, a menudo, suministrando los valores de un subconjunto de las mismas. Todas las demás pueden determinarse a partir de estas pocas.

Esquema de un diagrama temperatura-volumen específico para el agua, mostrando las regiones de líquido, bifásica líquido-vapor y de vapor (no a escala).

Diagrama de fase para el agua

Representación del diagrama de fases para el agua utilizado, para explicar la estructura de las tablas de vapor sobrecalentado y líquido comprimido

Representación de un diagrama temperatura-volumen específico para el agua, utilizado para explicar el uso de las tablas de saturado.