Energia. Termodinamica

ENERGIA. REVISION DE CONCEPTOS TERMODINAMICOS FUNDAMENTALES

Para evitar los problemas que surgen de las distintas terminologías utilizadas, este capitulo pretende, en primer lugar, definir y discutir, brevemente, los conceptos fundamentales de la termodinámica clásica. En la revisión de las leyes de la Termodinámica se pone especial énfasis en la 2ª Ley, la cual, tras introducirla a través del Postulado de la Entropía el cual se precisa -en calidad de concepto subsidiario- en el desarrollo posterior de algunas relaciones básicas de la exergía.

Seguidamente se discuten distintos tipos de irreversibilidades, las cuales se ilustran mediante ejemplos. Finalmente se revisan los conceptos de trabajo máximo de una reacción química; estos conceptos constituyen una preparación para la introducción al concepto de la exergía química.

I.1 CONCEPTOS BASICOS

I.1.1 GENERALIDADES

Sistema

Un sistema es un conjunto determinado de materia cuyo comportamiento es el objeto del estudio.

En el sistema hay que considerar los LIMITES o paredes del mismo, que pueden ser imaginarios o coincidir con unos limites reales. El termino SISTEMA CERRADO en ocasiones se utiliza para indicar que no hay flujo de materia a través de sus limites o paredes. El tipo de análisis utilizado para estos sistemas se conoce como análisis de un sistema o análisis de una masa de control.

Cuando tienen lugar movimientos, la definición del sistema debe incluir una base a la que referir las velocidades y desplazamientos. La base de referencia mas utilizada es la base de referencia inercial, en la que una partícula se mueve a velocidad constante.

Entorno

Todo aquello que se encuentra fuera de las paredes o limites del sistema se llama entorno.

Sistema aislado

Cuando los cambios del entorno no producen cambios decimos que el sistema es un SISTEMA AISLADO. La combinación de un sistema y su entorno decimos que es un sistema aislado, llamado a menudo UNIVERSO. No se trata del Universo en sentido cosmológico sino solo en un sentido termodinámico.

Propiedad

Una propiedad termodinámica es cualquier característica medible del sistema cuyo valor depende del sistema cuyo valor depende del estado determinado en que se encuentra el sistema.

Estado Termodinámico

El estado termodinámico es un estado del sistema que queda totalmente establecido por sus propiedades observables. En estados idénticos, los estados tienen los mismos valores. Las propiedades son funciones del estado del sistema y no del proceso que el sistema pueda sufrir.

Estado de Equilibrio

Un sistema aislado que no tiene ninguna tendencia a sufrir un cambio de estado, es un estado de equilibrio.

Proceso

Cuando el estado del sistema cambia se dice que sufre un proceso (de cambio).

Propiedades Extensivas

En un sistema dividido en N-subsistemas (por paredes reales o imaginarias) el valor de la propiedad extensiva, X; del sistema total es igual a la suma de los valores de esta propiedad para cada uno de los subsistemas. Llamando a la propiedad extensiva del subsistema i, Xi, entonces:

1.1

La masa y el volumen son propiedades extensivas. Las propiedades extensivas tienen valores que no se ven afectados por el hecho de que el sistema este en equilibrio o no.

Propiedades Intensivas

Estas propiedades son independientes del tamaño del sistema y solo tienen significado para sistemas en estado de equilibrio; la P y la T son propiedades intensivas. Un tipo especial de propiedad intensiva es la PROPIEDAD ESPECIFICA que es un valor de una propiedad extensiva referida a la .masa correspondiente.

Sistema Homogéneo

Si el valor de cualquier propiedad intensiva es el mismo en cualquier lugar del sistema, el sistema es homogéneo.

Proceso Cíclico

Cuando un sistema realiza determinados procesos y, finalmente, recupera su estado inicial, ha realizado un ciclo o proceso cíclico.

Proceso Reversible

Un proceso es reversible si, después de tener lugar, es posible restablecer las condiciones iniciales del sistema y de su entorno, sin ningún efecto residual en ninguno de ellos. La reversibilidad total no es posible en los procesos reales.

Proceso cuasi-estático

En estos procesos el sistema se encuentra en todo momento en un estado infinitésimamente próximo al equilibrio y todos los estados por los que el sistema pasa pueden ser descritos mediante coordinadas termodinámicas referidas al sistema como un todo. Un proceso cuasi-estático es una idealización a la que nos podemos acercar, en la practica, con cualquier grado de precisión que se desee.

Región Control

Una región control, también conocida como volumen control o SISTEMA ABIERTO, es cualquier región definida en el espacio la cual es objeto de estudio. La extensión de la región de control se define por la superficie del sistema abierto.

Trabajo y Calor

Estos fenómenos se describen en las paredes o limites del sistema y existen solo mientras el sistema y el entorno interaccionan, y ambos se denominan interacciones. Puesto que de estas interacciones resulte una transferencia de energía a través de las paredes, W y Q pueden considerarse como energía en tránsito.

Existen importantes distinciones entre ellos. El trabajo es una interacción entre dos sistemas en el que el único efecto de la acción de un sistema en el otro puede considerarse equivalente a la elevación o descenso de un peso. La transferencia de calor tiene lugar cuando se ponen en contacto

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