Fundamentos de Termodinámica: Conceptos, Ciclos y Procesos

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

• Espontaneidad: Proceso que ocurre por sí solo bajo ciertas condiciones, sin necesidad de energía externa continua.
• Equilibrio: Estado donde las variables de estado (presión, temperatura y composición) permanecen constantes en el tiempo y no ocurren cambios espontáneos.
• Equilibrio térmico: Estado en el que dos o más cuerpos en contacto igualan sus temperaturas, deteniéndose el flujo de calor entre ellos.

Diagramas y Reglas de Fases

• Diagrama de fases: Gráfica de T vs. P de una sustancia que muestra los equilibrios sólido-gas, líquido-gas y sólido-líquido.
• Punto triple: Equilibrio sólido-líquido-vapor.
• Regla de las fases: Describe el número de grados de libertad (L) de un sistema mediante la ecuación L = C – f + N, donde C es el número de componentes, f el número de fases y N el número de variables no composicionales.

Energías Potenciales y Procesos

• Equilibrio termodinámico: Se alcanza cuando un sistema está en equilibrio mecánico, material y térmico; en un sistema aislado, ocurre cuando la entropía (S) llega a su valor máximo.
• Proceso reversible: Cambio en la entropía del universo igual a cero.
• Proceso espontáneo: Cambio en la entropía del universo mayor a cero.

Energía de Helmholtz y Gibbs

Energía de Helmholtz (A): Sus variables naturales son el volumen (V) y la temperatura (T).

Energía de Gibbs (G): Sus variables naturales son presión, temperatura, entropía y volumen.

Utilidad de la energía de Gibbs: Permite predecir si un proceso o reacción ocurrirá de forma espontánea.

Termoquímica y Entalpía

• Termoquímica: Estudio de los cambios de energía en las reacciones químicas.
• Entalpía de reacción: Cambio térmico que sufren los reactivos a una T y P determinadas.
• Ley de Hess: El cambio de entalpía es el mismo, ya sea que la reacción se efectúe en un solo paso o en una serie de pasos.

Potencial Químico y Relaciones de Maxwell

Potencial químico: Medida de la disposición de una especie a cambiar ante un proceso físico o químico.

Ecuaciones fundamentales: , , ,

Relaciones de Maxwell: Permiten expresar derivadas de propiedades difíciles de medir (P, V, T, S) en términos de variables medibles.

Ciclos de Refrigeración y Eficiencia

• Bomba de calor: Dispositivo que mantiene un espacio caliente transfiriendo calor desde un medio de baja temperatura a uno de alta.
• Refrigerador: Dispositivo que mantiene un espacio a baja temperatura removiendo calor.
• Coeficiente de desempeño (COP): (refrigerador) y (bomba de calor).
• Ciclo de refrigeración por compresión de vapor: El más utilizado, incluye la vaporización completa del refrigerante antes de la compresión. y