Fundamentos de Termodinámica: Entropía, Entalpía y Diagramas Clave para Ingeniería de Sistemas

Conceptos Fundamentales de Termodinámica para Ingeniería

Entropía (S)

La entropía (S) es una medida de la energía en forma de calor (Q) que posee un cuerpo a una temperatura dada (T). En el Sistema Internacional de Unidades (SI), se mide en kJ/ºK y en kJ/ºK·kg cuando se trata de entropía específica.

Entalpía (H)

La entalpía (H) se define como la suma de la energía interna (U) de un cuerpo o sustancia y el producto de la presión (P) a la que está sometido por el volumen (V) en el que está confinado. La energía interna es la suma de la energía en forma de trabajo que, de modo potencial, puede transmitir y desarrollar un cuerpo o sustancia. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), se mide en kJ y en kJ/kg cuando se trata de entalpía específica.

Diagramas Termodinámicos Esenciales

Diagrama Termodinámico

Un diagrama termodinámico es una representación de los diferentes estados a los que es sometido un fluido a lo largo de un ciclo frigorífico, en función de las variables termodinámicas.

Diagrama de Andrews

En el diagrama de Andrews, partimos del fluido en forma de gas. Conforme reducimos su volumen, aumenta su presión hasta alcanzar la línea de vapor. En ese punto, empieza a condensarse, disminuyendo su volumen a presión constante hasta alcanzar la línea de líquido. En este punto, todo el fluido está en estado líquido y la presión aumenta rápidamente sin apenas reducir el volumen.

Diagrama P-H (Presión-Entalpía)

En el diagrama P-H, el eje horizontal representa los valores de la entalpía (H), la energía del fluido en kJ/kg. En el eje vertical se representa la presión (P). Las líneas horizontales son isobaras (presión constante), y las líneas verticales son isoentálpicas (entalpía constante). En este diagrama, la compresión y la elevación se representan como procesos isobáricos, y la expansión como un proceso isoentálpico. Dado que en el eje horizontal aparecen entalpías, las distancias horizontales representan directamente la energía térmica que se intercambia entre el fluido y el entorno.

Líneas y Puntos Característicos en Diagramas Termodinámicos

Línea de Líquido

Es la línea que marca el comienzo de la evaporación o el fin de la condensación, según si el fluido está absorbiendo o cediendo calor, respectivamente. Separa la zona donde el fluido está presente únicamente como líquido de aquella zona en la que coexisten líquido y gas.

Línea de Vapor

Es la línea que marca el fin de la evaporación y el comienzo de la condensación, según si el fluido está absorbiendo o cediendo calor, respectivamente. Separa la zona donde el fluido está presente únicamente como vapor de aquella zona en la que coexisten líquido y gas.

Punto Crítico

Es el punto donde se unen la línea de líquido y la línea de vapor. Viene marcado por la temperatura crítica del vapor. Por encima de dicha temperatura, el fluido no se considera vapor, sino gas o vapor seco, ya que no es posible causar su condensación, sea cual sea la presión a la que se someta.

Curva de Saturación

Es la formada por la unión de las dos líneas: la de líquido y la de vapor. En su interior coexisten líquido y vapor, y fuera de ella solo puede existir una de las fases.