La termodinámica es la rama de la física que se ocupa del estudio de los vínculos existentes entre el calor y las demás variedades de energía. Analiza, por lo tanto, los efectos que poseen a nivel macroscópico las modificaciones de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en cada sistema. La importancia práctica radica fundamentalmente en la diversidad de fenómenos físicos que describe.
En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas termodinámicos. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Los principios de la termodinámica, enunciados durante el siglo XIX, regulan las transformaciones termodinámicas, su progreso y sus límites.
Historia de la Termodinámica
El estudio formal de la termodinámica se inició gracias a Otto von Guericke en 1650, un físico y jurista alemán que diseñó y construyó la primera bomba de vacío, refutando con sus aplicaciones a Aristóteles y su máxima de que “la naturaleza aborrece el vacío”. Luego de esta invención, los científicos Robert Boyle y Robert Hooke perfeccionaron sus sistemas y observaron la correlación entre presión, temperatura y volumen.
Los Principios de la Termodinámica
La ley cero de la termodinámica afirma que cuando dos sistemas que interactúan están en equilibrio térmico, comparten algunas propiedades, que pueden medirse dándoles un valor numérico preciso. El primer principio de la termodinámica, también conocido como primera ley de la termodinámica, establece que “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma“.
Visto de otra forma, la primera ley de la termodinámica permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar un sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra “Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia“, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica.
Hay varias declaraciones de la segunda ley de la termodinámica, todas equivalentes, y cada una de las formulaciones enfatiza un aspecto particular. En primer lugar, afirma que «es imposible realizar una máquina cíclica que tenga el único resultado de transferir calor de un cuerpo frío a un cuerpo cálido» (declaración de Clausius). El tercer principio de las leyes de la termodinámica está estrechamente relacionado con este último, y en algunos casos se considera como consecuencia de este último.
La Primera Ley en Detalle
La primera ley de la termodinámica enuncia el principio de conservación de la energía. Establece que la energía no se crea ni se destruye. A partir de esto, se deduce que la energía total en un sistema cerrado siempre se conserva, permaneciendo así constante. Simplemente cambia de una forma a otra.
Aplicaciones de la Termodinámica
En el mundo industrial existen muchos procesos que transforman materias primas en productos acabados utilizando maquinaria y energía. En el campo de la construcción es muy importante tener en cuenta las transferencias térmicas entre el exterior y el interior de la vivienda.
Generación de Electricidad
Alimentación
Ciencia de los Materiales
Aplicaciones Industriales
Arquitectura
Termodinámica y Compresores de Aire
Para comprender mejor la termodinámica de los compresores de aire, es importante conocer los principios principales, así como las leyes de los gases de Boyle y Charles. En el contexto de los compresores de aire, nos centramos en el gas (aire) bajo niveles de alta presión. Con esto, el concepto de termodinámica es fundamental para comprender cómo funciona un compresor.
Básicamente, el aire se calienta a través del proceso de presurización y los altos caudales de aire implicados en la compresión. Este calor generado se puede reutilizar en procesos de recuperación de energía. Si recupera hasta un 94 % de la potencia total, su ahorro de energía podría ser significativo. Si utiliza agua caliente como alimentación previa de la caldera o directamente en procesos que requieren entre 70 y 90 °C, puede ahorrar en fuentes de energía como el gas natural.
Además, encontrará muchos compresores de aire nuevos diseñados con recuperación de energía preinstalada. Gracias al poder de la termodinámica, hay muchas posibilidades de recuperación de energía. Con la información anterior, esperamos que se sienta seguro a la hora de elegir el compresor de aire exento de aceite o con inyección de aceite adecuado. Si necesita más información sobre nuestros compresores de aire, no dude en ponerse en contacto con nosotros.
Otras Leyes Relacionadas
La segunda ley de la termodinámica establece que hay una tendencia en la naturaleza a evolucionar hacia un estado de mayor desorden molecular. La entropía es una medida del desorden. Los gases, que están más desorganizados, tienen valores de entropía altos. La energía potencial de los sistemas de energía aislados que está disponible para realizar el trabajo disminuye con el aumento de la entropía.
La ley general del estado de los gases es una combinación de las leyes de Boyle y Charles. Esto indica cómo la presión, el volumen y la temperatura se relacionan entre sí. La constante del gas individual R solo depende de las propiedades del gas.
Medición de la Temperatura
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El termómetro utiliza un gas. El termómetro de mercurio; cuando aumenta la temperatura, el mercurio se expande. Existen termómetros que evitan el contacto, basados en la tensión producidas en la piel, utilizado muy seguido en la pandemia COVID 2019.
Es importante mencionar que la dilatación es una propiedad de la materia. La dilatación puede dilatar cuerpos elaborados con concreto, y vidrios, y se clasifica en dilatación lineal, dilatación superficial y dilatación volumétrica, cada una con sus respectivos coeficientes de dilatación.
La ley cero de la termodinámica también se conoce como ley del equilibrio.
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