La termodinámica es una rama muy interesante de la física, especialmente para comprender el funcionamiento de los compresores de aire. La importancia práctica radica fundamentalmente en la diversidad de fenómenos físicos que describe.
Fundamentos de la Termodinámica
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. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas termodinámicos.
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.
Principios de la Termodinámica
Los principios de la termodinámica se enunciaron durante el siglo XIX, los cuales regulan las transformaciones termodinámicas, su progreso, sus límites.
- 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.
Proceso Isotérmico
Los cambios de estado de un gas se pueden seguir de un punto a otro en un diagrama p/V. Para casos de la vida real, son necesarios tres ejes para las variables p, V y T. Con un cambio de estado, nos movemos a lo largo de una curva tridimensional en la superficie en el espacio de p, V y T. Sin embargo, para simplificar, solemos considerar la proyección de la curva en uno de los tres planos. Este suele ser el plano p/V.
Si un gas en un cilindro se comprime de manera isotérmica, se debe eliminar gradualmente una cantidad de calor equivalente al trabajo aplicado. El proceso isotérmico implica un intercambio completo de calor con el entorno y el proceso isotrópico no implica ningún tipo de intercambio de calor. Un proceso isentrópico se produce si un gas se comprime en un cilindro completamente aislado sin ningún intercambio de calor con el entorno.
Aplicaciones de la Termodinámica
En el mundo industrial existen muchos procesos que transforman materias primas en productos acabados utilizando maquinaria y energía. Algunas aplicaciones incluyen:
- Alimentación.
- Ciencia de los materiales.
- Aplicaciones industriales.
- Arquitectura. 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.
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