Termodinámica

1 Síntesis Termodinámica: Fundamentos y leyes de la termodinámica Universitario La termodinámica estudia cómo la energía se almacena y cruza la frontera de un sistema como calor o trabajo. Esta síntesis conecta tipos de sistema, propiedades, estado, equilibrio, energía y las leyes fundamentales. 2 1.01 Termodinámica: Conceptos básicos, variables y tipos de sistemas Universitario Antes de resolver balances se debe elegir el sistema, reconocer su frontera y clasificar qué puede cruzarla. Un sistema abierto admite masa y energía; uno cerrado solo energía; uno aislado no intercambia ninguna. 3 1.02 Termodinámica: Propiedades, estado, fase, proceso, ciclo y equilibrio Universitario Las propiedades intensivas no dependen del tamaño del sistema y las extensivas sí. Estado, fase, proceso, ciclo y equilibrio permiten describir con precisión qué tiene el sistema y cómo cambia. 4 1.03 Termodinámica: Temperatura, volumen específico y presión Universitario Temperatura y presión son propiedades intensivas esenciales. La ley cero fundamenta la medición de temperatura; la presión absoluta se mide desde el vacío y la manométrica desde la atmósfera. 5 1.03a Termodinámica: Ejercicios de temperatura y presión Universitario Las conversiones cambian según se trate de una temperatura o de un incremento. En presión, primero se identifica el cero de referencia y luego se decide si la lectura manométrica se suma o se resta. 6 1.04 Termodinámica: Calor y trabajo Universitario Calor y trabajo no son propiedades almacenadas: aparecen cuando la energía cruza la frontera. El calor se debe a una diferencia de temperatura; el trabajo corresponde a otras interacciones organizadas. 7 1.05 Termodinámica: Energía cinética, potencial, interna y entalpía Universitario La energía total combina energía interna microscópica con energía cinética y potencial macroscópicas. La entalpía agrupa energía interna y trabajo de flujo, lo que simplifica balances en sistemas abiertos. 8 2.01 Termodinámica: Energía interna, entalpía, calor específico $c_p$ y $c_v$ Universitario Energía interna y entalpía describen el estado energético. Los calores específicos relacionan cambios de temperatura con cambios de energía: $c_v$ con energía interna y $c_p$ con entalpía bajo modelos apropiados. 9 2.02 Termodinámica: Reversibilidad y proceso cuasiestático Universitario Un proceso reversible podría invertirse restaurando simultáneamente sistema y alrededores. Es una idealización límite; fricción, mezclado, expansión libre y transferencias con diferencias finitas generan irreversibilidad. 10 2.03 Termodinámica: Sustancias puras y fases sólida, líquida y gaseosa Universitario Una sustancia pura mantiene composición química uniforme, aunque pueda coexistir en varias fases. En equilibrio líquido-vapor de una sustancia pura, presión y temperatura de saturación no son independientes. 11 2.04 Termodinámica: Cambio de fase: de líquido subenfriado a vapor sobrecalentado Universitario A presión fija, una sustancia pasa por líquido comprimido, líquido saturado, mezcla, vapor saturado y vapor sobrecalentado. Durante el cambio de fase la energía agregada modifica la proporción de fases. 12 2.05 Termodinámica: Interpretación de diagramas $P$-$T$-$v$ Universitario Los diagramas de propiedades ubican regiones de fase y permiten reconocer estados sin memorizar casos aislados. El domo de saturación separa líquido, mezcla y vapor; su cima es el punto crítico. 13 3.01 Termodinámica: Tablas de saturación y calidad del vapor Universitario Las tablas de saturación entregan propiedades del líquido y vapor saturados. En una mezcla, la calidad es la fracción másica de vapor y permite interpolar volumen específico, energía interna y entalpía. 14 3.01a Termodinámica: Ejercicio de mezcla líquido-vapor saturada Universitario Cuando se conocen las masas líquida y vapor, primero se calcula la calidad. La coexistencia de ambas fases identifica saturación, así que la temperatura fija la presión y las propiedades de tabla. 15 3.02 Termodinámica: Vapor sobrecalentado e interpolación en tablas Universitario En vapor sobrecalentado, presión y temperatura son independientes y ubican la propiedad en la tabla correspondiente. Si el dato cae entre filas o columnas, se estima mediante interpolación lineal. 16 3.03 Termodinámica: Líquido comprimido y aproximación de líquido saturado Universitario Las propiedades de un líquido comprimido suelen variar poco con la presión. Cuando no hay tabla específica, puede aproximarse como líquido saturado a la misma temperatura, indicando la limitación del método. 17 Ejercicio integrador Termodinámica: Vapor de agua en un recipiente rígido Universitario Un recipiente rígido impone volumen total constante y no realiza trabajo de frontera. El estado inicial bifásico se resuelve con calidad; el estado final se identifica usando el mismo volumen específico y la nueva presión.