Este documento resume conceptos clave de la termodinámica. Explica que el calor y el trabajo son formas de transferencia de energía, y define cada uno. Describe los cuatro procesos termodinámicos fundamentales (isotermo, isobárico, isocórico y adiabático) y aplica las leyes de la termodinámica a ejemplos de máquinas térmicas e ideales como la máquina de Carnot. Finalmente, introduce conceptos como la eficiencia de las máquinas térmicas y los tipos

1. TERMODINÁMICA

2. CALOR Y TRABAJO.
Calor y trabajo son dos tipos de energía en tránsito, es decir, energía que pasa de
un cuerpo a otro. Ambas tienen la misma unidad, julio en el S.I.
En mecánica:
Trabajo: Es el producto de una fuerza por la distancia recorrida en la dirección
de la fuerza.
W = F • d Trabajo = Fuerza • Distancia

3. • CALOR: Es energía que fluye de un cuerpo a otro a causa de la diferencia de la
temperatura.
Q=m•Ce•Δt
La principal diferencia entre ambas es la forma en la que se
transfieren. El calor se transfiere entre dos cuerpos que tienen
diferente temperatura. El trabajo se transfiere cuando entre dos
cuerpos se realizan fuerzas que provocan desplazamientos o
cambios dimensionales.

4. FUNCION DE LA ENERGIA INTERNA.
Un sistema termodinámico (también denominado sustancia de trabajo) se define
como la parte del universo objeto de estudio, es común describirlo por su masa,
presión, volumen y temperatura. En cierto modo esta contenido por sus alrededores.
ALREDEDORE
S.
SISTEMA.

5. • Equilibrio termodinámico: Se dice que un sistema se encuentra en equilibrio
termodinámico si no hay una fuerza resultante que actúe sobre el cuerpo.
• Energía interna (U): Energía almacenada por un sistema de partículas. Es la suma
de la energía de todas las partículas que componen un cuerpo (energía cinética y
potencial).
Las variables termodinámicas para describir su estado son:
1. Presión (P)
2. Volumen (V)
3. Temperatura (T)

6. Ambiente.
Ambiente.
CAMBIO DE
ACCION
Energía interna U1
Estado inicial del
sistema
(P1 V1 T1)
Energía interna U2
Estado inicial del
sistema
(P2 V2 T2)
Sistema que pasa
por un proceso
termodinámico
Sistema
P1 V1
T1
Ambiente.
Sistema
P2 V2
T2
ΔQ
ΔW
Calor suministrado
o entregado.
Trabajo de
entrada o de salida

7. Puesto que la energía tiene que conservarse, el cambio de la energía interna:
Debe representar la diferencia entre el calor neto absorbido por el sistema y el
trabajo neto que realiza el sistema sobre sus alrededores.
ΔU = U2 - U1
ΔU = ΔU - ΔW

8. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA
La ley cero de la termodinámica establece que, cuando dos cuerpos están en
equilibrio térmico con un tercero, estos están a su vez en equilibrio térmico entre
sí.

9. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Primera ley de la termodinámica: en procesos termodinámicos, el calor neto
absorbido por un sistema es igual a la suma del trabajo neto y el cambio de su
energía interna.
Principio de la conservación de la energía: “la energía no se crea ni se destruye;
sólo se transforma”
ΔQ = ΔU + ΔW
Trabajo
neto
Energía interna
PROCESOS
TERMODINAMICOS

10. ENERGIA
INTERNA
Energía
cinética
Energía
potencial
º
CONVENCIONES DE SIGNOS DE LA PRIMERA LEY
 El calor Q de estrada es positivo
 El trabajo hecho por un gas es positivo.
 El calor Q de salida es negativo.
 El trabajo hecho sobre un gas es negativo.

11. EJEMPLO:
Una maquina térmica realiza 240J de trabajo durante el cual su energía interna
disminuye en 400J ¿Cuál será el intercambio de calor neto de este proceso?
ΔW= 240J
ΔU= -400J
ΔQ = ΔU + ΔW =(-400J) + (240J)
=-160J
ΔQ = ΔU + ΔW
CONVENCIONES DE SIGNOS DE LA PRIMERA
LEY
 El calor Q de estrada es positivo.
 El trabajo hecho por un gas es positivo.
 El calor Q de salida es negativo.
 El trabajo hecho sobre un gas es negativo.
El calor es expulsado

12. DIAGRAMA P-V
Es aquel que nos muestra la relación de Presión y Volumen y nos ayuda para
calcular y medir estos de manera representativa.

13. PROCESOS TERMODINÁMICOS.
Son aquellos procesos que describen los cambios termodinámicos de la sustancia
de trabajo; al pasar de un estado inicial a otro estado final.
Proceso del estado 1 al estado 2:
(Proceso 1,2)

14. Proceso Isotérmico: A temperatura constante.
Proceso Isobárico: A presión constante.
Proceso Isométrico: (Isocórico): A volumen constante.
Proceso Adiabático: No hay intercambio de calor con su entorno.

15. CUATRO PROCESOS TERMODINÁMICOS:
Proceso isocórico: ΔV = 0, ΔW = 0
Proceso isobárico: Δ P = 0
Proceso isotérmico: ΔT = 0, ΔU = 0
Proceso adiabático: ΔQ = 0
ΔQ = ΔU + ΔW

16. ΔQ = ΔU + ΔW pero ΔW = P ΔV
PROCESO ISOBÁRICO:
PRESIÓN CONSTANTE, ΔP = 0
+U -U
QIN QOUT
ENTRADA DE CALOR = Wout + AUMENTO EN ENERGÍA INTERNA
Salida
de trabajo
Entrada
de
trabajo
SALIDA DE CALOR = Wout + DISMINUCIÓN EN ENERGÍA
INTERNA

17. EJEMPLO ISOBÁRICO (PRESIÓN CONSTANTE):
La entrada de calor
aumenta V con P
constante
400 J de calor realizan 120 J de
trabajo y aumentan la energía
interna en 280 J.

18. TRABAJO ISOBÁRICO
Trabajo = área bajo la curva PV
Trabajo = P D V

19. CASO GENERAL PARA LA PRIMERA LEY
En el caso mas general, de algún modo las tres cantidades están involucradas en
cambios.
En casos especiales, solo una o dos de las cantidades involucran cambios.

20. ΔQ
ΔW
+ ΔU
LA ENERGIA INTERNA AUMENTA

21. PROCESO ADIABÁTICO:
NO HAY INTERCAMBIO DE CALOR, ΔQ = 0
Trabajo realizado A COSTA de energía interna.
ENTRADA de trabajo AUMENTA energía.
ΔQ = ΔU + ΔW ; ΔW = -ΔU o ΔU = -ΔW
Sale
trabajo
Entra
trabajoU +U
ΔQ = 0
W = -U U = -W

22. EJEMPLO ADIABÁTICO
N
B
A
PA
V1 V2
PB
Paredes aisladas: Q = 0
El gas en expansión realiza
trabajo con cero pérdida
de calor. Trabajo = -DU

23. EXPANSIÓN ADIABÁTICA
Se realizan 400 J de TRABAJO, lo que DISMINUYE la energía interna en 400 J:
el intercambio neto de calor es CERO. ΔQ = 0
B
A
PA
VA VB
PB
PAVA PBVB
TA T B
=
A A B BPV PV 


24. ΔQ = ΔU + ΔW de modo que ΔQ = ΔU
PROCESO ISOCÓRICO:
VOLUMEN CONSTANTE, ΔV = 0, ΔW = 0
0
+U -U
QIN QOUT
No se realiza
trabajo
ENTRADA DE CALOR = AUMENTO EN ENERGÍA INTERNA
SALIDA DE CALOR = DISMINUCIÓN EN ENERGÍA INTERNA

25. EJEMPLO ISOCÓRICO:
La entrada de calor
aumenta P con V
constante
400 J de entrada de calor aumentan la
energía interna en 400 J y se realiza
trabajo cero.
B
A
P2
V1= V2
P1
PA P B
TA T B
=
400 J
No hay cambio en
volumen:

26. PROCESO ISOTÉRMICO:
TEMPERATURA CONSTANTE, ΔT = 0, ΔU = 0
ΔQ = ΔU + ΔW y ΔQ = ΔW
ΔU = 0 Δ U = 0
QOUT
Entrada
de
trabajo
Salida
de trabajo
QIN
ENTRADA NETA DE CALOR = SALIDA DE TRABAJO
ENTRADA DE TRABAJO = SALIDA NETA DE CALOR

27. EJEMPLO ISOTÉRMICO (T CONSTANTE):
Lenta compresión a temperatura
constante: -- No hay cambio en U.
ΔU = ΔT = 0
B
A
PA
V2 V1
PB
PAVA = PBVB

28. EXPANSIÓN ISOTÉRMICA (T CONSTANTE):
El gas absorbe 400 J de energía
mientras sobre él se realizan 400 J de
trabajo.
ΔT = ΔU = 0
ΔU = ΔT = 0
B
A
PA
VA VB
PB
PAVA = PBVB
TA = TB
ln B
A
V
W nRT
V

Trabajo isotérmico

29. Ley de Boyle
A temperatura
constante la presión
de un gas es
inversamente
proporcional a su
volumen.
(Proceso Isotérmico)
PV = CONSTANTE

30. Ley de Charles.
A presión constante
el volumen de un
gas es directamente
proporcional a su
temperatura
Absoluta.
(Proceso Isobárico))
V/T = CONST

31. Ley de Gay-Lussac.
A volumen constante la
presión de un gas es
directamente proporcional
a su temperatura absoluta.
(Proceso Isocórico)
P / T= const.

32. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
La segunda ley de la termodinámica establece que si bien todo el trabajo mecánico
puede transformarse en calor, no todo el calor puede transformarse en trabajo
mecánico. (Tipo empírico a través de la experimentación)
Relación con la primera ley

33. NO SE PUEDE TRANSFORMAR TODO EL CALOR EN TRABAJO
Ejemplo: una piedra rodando, su energía potencial o cinética se convierte
en trabajo o calor disipado.

34. FORMULACIONES EQUIVALENTES
Enunciado de Kelvin - Planck
“No es posible un proceso que convierta todo el calor absorbido en trabajo”
Enunciado de Clausius
“No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor
de un cuerpo frío a otro más caliente”

35. MAQUINAS TERMICAS
Una máquina térmica es todo dispositivo que transforma la energía térmica en
trabajo, realizando un ciclo de manera continua.
No todo el calor que absorbe la máquina
se transforma en trabajo.
FUENTE
ALTA
TEMPERATURA T1
MAQUINA
SUMIDERO
BAJA TEMPERATURA T2
Q1
Q2
ΔU = 0
ΔW = Qent – Qsal

36. MAQUINA TÉRMICA IMPOSIBLE
W
No existe un sumidero de calor que
permita el flujo del calor

37. EFICIENCIA
La eficiencia de una maquina térmica se define como la razón del
trabajo útil realizado por una maquina respecto al calor
suministrado a esta, y generalmente se expresa como
porcentaje.
Eficiencia = Trabajo de salida
Trabajo de entrada
E = Qent – Qsal
Qent
“Una maquina eficiente al 100% es aquella en la que todo el calor de entrada se
convierte en trabajo útil. Qsal = 0”

38. CICLO DE CARNOT
La máquina de Carnot es una máquina ideal que utiliza calor para realizar un
trabajo. En ella hay un gas sobre el que se ejerce un proceso cíclico de expansión y
compresión entre dos temperaturas. Fue sugerida por Sadi Carnot 1824.
Máquina Carnot
"original",
diagrama de
1824.

39. • Se define ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas
perfecto y consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas.
Tramo A-B
expansión
isotérmica a a la
temperatura T
Tramo B-C
expansión
adiabática
Tramo C-D
compresión
isoterma a la
temperatura T2
Tramo D-A
compresión
adiabática

41. LA EFICIENCIA DE UNA MAQUINA IDEAL
“Una maquina ideal es aquella que tiene la mas alta eficiencia
posible para los limites de temperatura para los cuales opera.”

42. Es difícil de predecir la eficiencia de dicha maquina ya que depende de las
cantidades de calor absorbidas y liberadas entre dos fuentes de calor bien definidas,
y no dependen de las propiedades térmicas del combustible.
La eficiencia de una maquina ideal puede expresarse como una función de las
temperaturas absolutas de las fuentes de entrada y salida
e = T ent - T sal entre T ent

43. MÁQUINAS DE COMBUSTIÓN INTERNA
Es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía
química de un combustible que arde dentro de la cámara de combustión.
TIPOS
1. Motor de Gasolina de cuatro tiempos.
2. Motor de Diésel.

44. MOTOR DE GASOLINA DE CUATRO TIEMPOS
Carrera de admisión: El cilindro se llena de una mezcla de gasolina y servirá
para que el motor funcione, el pistón baja, la válvula de admisión se abre y entra
la mezcla al cilindro.
Carrera de comprensión: El pistón sube y comprime la mezcla, el pistón sube, la
válvula de admisión se cierra y la mezcla se comprime.
Explosión: La bujía produce una chispa que hace explotar la mezcla y el pistón
se mueve hacia abajo. El pistón sube de nuevo, la válvula de escape se abre y los
gases salen del motor liberándolos.

46. MOTOR DE DIÉSEL
En este el aire se comprime a alta temperatura y presión, hasta cerca del extremo
superior del cilindro. El combustible diésel se inyecta en el cilindro se enciende y
empuja el pistón hacia abajo, liberando una cantidad de calor Qent a una presión
constante. El resto consiste en una dilatación adiabática realizando un trabajo
extremo y durante las fases de admisión y expulsión el gas se enfría a volumen
constante perdiendo una cantidad de calor.

48. REFRIGERACIÓN
Durante cada ciclo un compensador proporciona trabajo mecánico W al
sistema, extrayendo una cantidad de calor Qfrío de un depósito frío y
cediendo una cantidad de calor Qcal a un deposito caliente
De acuerdo con la primera Ley de la Termodinámica.
Eficiencia se determina por la cantidad de calor Qfrío extraída con el
mínimo gasto de trabajo mecánico W, y también se le denomina coeficiente
de rendimiento K.
W= Qcalor – Qfrío
K= Qfrío entre W K= Tfrio entre Tcalor - Tfrío

49. EVAPORIZACION: En la etapa de evaporación el refrigerante absorbe el calor
del especio que lo rodea y por consiguiente lo enfría. Esta etapa tiene lugar en un
componente denominado evaporador, el cual es llamado así debido de que en el
refrigerante se evapora cambia de liquido a vapor.
COMPRESION: Después de evaporarse el refrigerante sale del evaporador en
forma de vapor a baja presión, pasa al compresor en donde se comprime
incrementando su presión (este aumento de presión es necesario para que el gas
refrigerante cambie fácilmente a liquido y lo bombea asía la etapa de
condensación).
CONDENSACION: La etapa de condensación del ciclo se efectúa en una unidad
llamada “condensador” que se encuentra localizado en el exterior del espacio
refrigerado. Aquí el gas refrigerante a alta presión y alta temperatura, rechaza calor
asía el medio ambiente (es enfriado por una corriente de agua o de aire),
cambiando de gas a liquido frío y a una alta presión.

50. CONTROL Y EXPANSIÓN: Esta etapa es desarrollada por un mecanismo de
control de flujo, este dispositivo retiene el flujo y expansiona al refrigerante para
facilitar su evaporación posterior. Después de que el refrigerante deja el control
del flujo se dirige al evaporador para absorber calor y comenzar un nuevo flujo.