Procesos Termodinámicos: Transformaciones y Principios
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Procesos Termodinámicos
Transformaciones Termodinámicas
Transformación Isobárica
Proceso en el que la presión permanece constante. En un circuito refrigerador de aire, existen zonas de alta (16 bares) y baja presión (3 bares), donde todos los procesos son isobáricos. La expansión (1 a 2) y la compresión (2 a 1) son procesos isobáricos.
Transformación Isocórica
Proceso en el que el volumen permanece constante. Solo se produce intercambio de calor, sin trabajo. El enfriamiento (1 a 3) y el calentamiento (3 a 1) son procesos isocóricos.
Transformación Isotérmica
Proceso en el que la temperatura permanece constante. Las transformaciones isotérmicas requieren velocidades muy bajas para igualar la temperatura del sistema con una fuente de referencia externa. En los automóviles, no existen transformaciones isotérmicas de referencia debido a las altas velocidades de los motores y compresores.
Transformación Adiabática
Proceso en el que el sistema no intercambia energía con el exterior. Es prácticamente imposible realizar una transformación completamente adiabática, pero los procesos de compresión o expansión muy rápidos se aproximan a ella. La compresión de aire en un motor de explosión se considera un proceso adiabático.
Efecto Peltier
Proceso físico que implica un circuito eléctrico con diferentes materiales. En los puntos de unión, se produce intercambio de calor con el medio:
- Corriente de mayor a menor conductividad: desprendimiento de calor.
- Corriente de menor a mayor conductividad: absorción de calor (enfriamiento).
Los sistemas de intercambio térmico de efecto Peltier utilizan semiconductores dopados tipo P y N, intercalados sin fusión física.
Principios de la Termodinámica
1ª Ley (Conservación de la Energía)
La energía interna (U) de un sistema en equilibrio es independiente del proceso utilizado para alcanzar ese estado. La energía se transforma, pero no se crea ni destruye:
Uf - Ui = Q + W
2ª Ley
La entropía total siempre aumenta en cualquier proceso termodinámico. Es imposible transformar todo el calor de un sistema en trabajo.
La entropía global del universo disminuye, mientras que la entropía local puede aumentar (por ejemplo, al comprimir un gas o enfriar un fluido).
3ª Ley
La temperatura de 0 K es inaccesible y la entropía es 0 a esa temperatura.
Entalpía
Mide el grado de temperatura. Es una función de estado que depende solo del estado inicial y final del sistema, con unidades de energía por unidad de masa (J/kg):
H = U + P∙V
La variación diferencial es: dH = TdS + VdP.
La entalpía se utiliza en circuitos frigoríficos para reflejar el trabajo del compresor y el intercambio de calor en el condensador y el evaporador.