Mecánica de fluidos - Sistemas termodinámicos

1. D AV I D A L B E R TO B A X I N L Ó P E Z
Y U R I C E L I A S I R I E C A N T Ú N
U R I E L H U B I L M E R B A L A M B E TA N C O U R T
Tecnológico Nacional de México
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHETUMAL
Ingeniería Eléctrica

2. ¿QUÉ SON?
• La termodinámica, es una disciplina científica cuyo objeto de estudio es
el intercambio energético entre un cuerpo y el ambiente. En este
contexto, podemos decir que un sistema termodinámico es un
conjunto de cuerpos que es aislado del entorno para su estudio.
• La finalidad siempre es estudiar los intercambios de energía y de
materia que se producen en el interior del sistema.
• La superficie que se encarga de la separación del sistema y el entorno
recibe el nombre de pared o frontera.

3. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS
TERMODINÁMICOS
• De acuerdo a las características de la pared, o sea a su capacidad para
llevar a cabo el aislamiento con respecto al entorno, puede hablarse de
diferentes clases de sistema termodinámico.
• ABIERTO: En este tipo de sistemas, se produce un intercambio de
energía con el entorno, y no hay impedimento para que la masa o
materia cruce los límites del sistema. Además, el trabajo se realiza en o
por el sistema.
Un vaso con agua fría lentamente se irá calentando debido a la
acción del calor del aire alrededor.

4. EJEMPLOS DE SISTEMA ABIERTO
• Una olla de agua hirviendo. La energía introducida al sistema por el
fuego transforma el agua en gas, que es liberado de vuelta al medio
ambiente. Sin esa inyección de calor constante, el agua dejará de hervir;
y sin espacio para salir, el vapor (materia) aumentará la presión hasta
reventar la olla.
• Una hoguera. Para mantener el fuego ardiendo es necesario proveer a
la hoguera de material inflamable, ya sea carbón o ramas secas. Sin esa
materia que consumir, el fuego se apagará.

5. • CERRADO : se trata de un sistema termodinámico que si puede
efectuar un intercambio de energía con el entorno, pero no de
Esta clase en particular tienen muchos ejemplos que lo representan.
Un termómetro. Ya que está cerrado herméticamente, el contenido de
termómetro no varía jamás, pero sí reacciona de acuerdo a la
que percibe, es decir, es sensible a la entrada de calor (energía).

6. EJEMPLOS DE SISTEMA CERRADO
• Los bombillos o focos. No necesitan materia para operar, pero sí energía
eléctrica constante: en el momento en que se la corte, cesarán en su emisión
de luz, que dicho sea de paso es también una forma de energía transmitida
entorno.
• Un teléfono celular. Si bien no requiere para su funcionamiento cotidiano
que se le introduzca materia (no consume nada), sí precisa de electricidad a
diario, pues al agotarse la batería dejará de funcionar. Eso, claro, si tomamos
como muestra un período diario en que no haya necesidad de repuestos.
• El planeta tierra. De forma similar, la Tierra opera sin intercambios de materia
con respecto al vacío que la circunda o a los demás planetas y objetos
celestes, pero recibe energía solar constantemente, sin la cual la vida sería un
planeta inhabitable.

7. • AISLADO: este sistema termodinámico no lleva a cabo un intercambio
de energía ni de materia con el entorno. En otras palabras, puede
decirse que se halla en equilibrio termodinámico.
• No existen realmente en el universo los sistemas totalmente aislados,
por lo que se consideran casos de abstracción en períodos
determinados de tiempo
Un caso en el cual esto puede apreciarse es el de un gas que se
atrapado en un contenedor de paredes resistentes y de un grosor
considerable (denominadas paredes adiabáticas), como para que el
de intercambio de energía calorífica no sea significativo y tampoco
producirse un intercambio enérgico en forma de trabajo

8. EJEMPLO DE SISTEMA AISLADO
• Una caja fuerte. El contenido en las cajas fuertes está separado por gruesas
capas herméticas de metal de su entorno, aislado de la materia y de la
al menos en condiciones normales: si la arrojamos a un volcán es seguro que
se derrita y se incinere su contenido.
• Los trajes de neopreno. Un hombre embutido en estos trajes, usualmente
para el buceo o submarinismo, se encuentra protegido durante un período
tiempo del intercambio calórico entre el agua y su cuerpo, amén de impedir
que ésta (materia) penetre al interior del mismo.
• Los termos. Durante un período puntual de tiempo, los termos logran aislar
el calor contenido en su interior y evitar la fuga de energía hacia el medio
ambiente, a la par que impidiendo el derramamiento del contenido o la
introducción del mismo. No obstante, dado el tiempo suficiente, la inevitable
fuga del calor ocurrirá y el contenido volverá a estar frío.