5 de Mayo

Los 4 principios de termodinámica en la ingeniería industrial

Universitat Carlemany

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Los principios de termodinámica son básicos para entender cómo funciona cualquier industria. Por lo tanto, cualquier estudio en Ingeniería en Organización Industrial los incluirá y explicará.

¿Qué son los principios de la termodinámica?

Los principios de termodinámica son leyes físicas que definen el comportamiento de la termodinámica, tanto en lo referente a las cantidades como a las temperaturas y reacciones. Esta información es básica para saber de qué manera funciona la termodinámica y, en general, la física.

El descubrimiento de estas leyes o principios no ha sido uniforme en el tiempo. Por ejemplo, el principio de entropía fue sugerido por vez primera en 1824, mientras que el principio de equilibrio térmico data de 1930. En consecuencia, durante los siglos XIX y XX, al calor de los avances técnicos, se fijaron paulatinamente estos principios. Hay que señalar que algún principio, aunque está enumerado y validado por aproximación, aún no se ha podido experimentar por completo (cero absoluto).

Es conveniente, pues, tener presente que estas enumeraciones no están cerradas. Aunque por el momento los cuatro principios son estos, no es improbable que en un futuro se pudiesen descubrir otras leyes.

¿Cuáles son los cuatro principios o leyes de la termodinámica?

Las siguientes leyes de la termodinámica son, hoy, la base para entender cómo funciona esta disciplina. Toma nota, porque esta información es de interés:

Principio del equilibrio térmico

El principio del equilibrio térmico tiene mucho de transferencia de calor (o frío). Y es importante tenerlo en cuenta.

La idea central de este principio es que, si un objeto térmico A está en equilibrio con B, y el objeto B está en equilibrio con C, el A y el C también estarán en equilibrio entre sí. No está de más, pues, tener presente este punto para entender la tendencia. Esta conductividad, que lleva a que haya un equilibrio térmico, tiene múltiples aplicaciones prácticas.

Existen numerosos ejemplos prácticos de este principio, pero los más conocidos son los termómetros y los refrigeradores. Evidentemente, las turbinas funcionan así.

Principio de conservación de energía

El principio de conservación de energía es la segunda ley y tiene una mayor complejidad que la primera.

Básicamente, lo que quiere transmitir este principio es que la cantidad de calor que se recibe o pierde es utilizada por el propio sistema, bien para trabajo externo, o bien para aumentar o disminuir su energía interna. O, dicho de otra manera, la energía no se pierde, sino que se transforma (en energía química o mecánica), con tendencia a conservarse. Al final, la idea de que la materia no desaparece tendría un correlato con este principio.

Esto significa, pues, que la tendencia de un sistema será, por lo general, la de conservar la energía. Ahora bien, y como se verá más adelante, esa conservación de energía no es absoluta.

Principio de Entropía

El principio de entropía se puede aplicar en múltiples ámbitos vitales, puesto que es una ley general. Ahora bien, en este caso nos vamos a centrar en la aportación que hace a la termodinámica porque, además, es el principio más conocido.

El principio de entropía indica, básicamente, que es imposible un aprovechamiento al 100 % de la energía que se envía. O, lo que es lo mismo, que siempre habrá un residuo o desperdicio que no se utilizará. Por lo tanto, nunca se podrá conseguir que el 100 % de la energía calorífica que se envíe se convierta en energía mecánica. Esto ha generado, tradicionalmente, un vivo debate en el mundo industrial. No en vano, las externalidades que se generan por ese principio de entropía se quieren minimizar.

Esto implica que se tengan que mejorar los sistemas para que la eficiencia sea mayor. En consecuencia, no ha de extrañar que una de las funciones de los ingenieros en organización industrial sea acercarse al 100 % de eficiencia lo máximo posible.

Principio del cero absoluto

El principio del cero absoluto es fundamentalmente teórico. Y hay que señalar esto porque nunca se ha alcanzado esta temperatura, aunque esté enumerada.

La idea básica es que, si se llegase a la temperatura de cero absoluto (-273,15 ºC), los átomos de un objeto no se mueven. A medida que nos acercamos a esta temperatura, sí que se dan fenómenos interesantes aplicables a la industria, como la superfluidez y la superconductividad. Por lo tanto, es útil conocer ambas circunstancias porque, bien empleadas, pueden proporcionar varias aplicaciones interesantes. La experimentación en algunas industrias con estos fenómenos ya se realiza.

En los últimos años, se ha llegado a temperaturas de -273,144 ºC durante un periodo largo. Es de esperar, pues, que a largo plazo se pueda llegar al cero absoluto.

¿Qué beneficios aportan estas leyes dentro de la ingeniería industrial?

Los beneficios que aportan los principios de termodinámica son varios, destacando los siguientes como los más importantes:

  • Este conocimiento permite medir cuál es el rendimiento de un sistema para, de esta forma, perfeccionarlo. Si no se conociesen las leyes de la termodinámica, no sería posible ser eficiente. Lo que hay que tener muy claro es que la capacidad de medir y conmensurar es la que facilita, a la larga, ser competitivo.
  • Las leyes de la termodinámica permiten conocer cómo funcionan los sistemas térmicos. Por ejemplo, para comprobar si hay averías o si se está dando algún fenómeno extraño en una maquinaria. Y esto, evidentemente, también facilita que puedan proponerse o diseñarse nuevas opciones.
  • La termodinámica es, también, la base para diseñar infraestructuras complejas. Por lo tanto, este es un saber que en ningún momento se puede obviar y que se ha de tener presente. Estos principios, al ser de carácter general, sirven indistintamente para infraestructuras simples y complejas.

La termodinámica es un conocimiento eminentemente práctico, y que se aplica en cualquier ámbito. Lo que más hay que valorar, pues, es que pueda aprovecharse para la industria y para la organización de la misma.

Conclusión

Los principios de termodinámica son una base de conocimiento imprescindible para gestionar cualquier actividad industrial. En consecuencia, conocerlos es vital en cualquier formación especializada en ingeniería y organización industrial.