← Volver al blogARTÍCULO FOCUS Termodinámica

¿Qué es un sistema abierto?

Los sistemas abiertos son un concepto clave en el estudio de la termodinámica y la física que nos permiten comprender cómo interactúan...

23 de abril de 2026 · 2 min de lectura

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Termodinámica

Juan AudeProfesor y fundador de FOCUS

01 / PROBÁ CÓMO EXPLICAMOS

Así resolvemos un ejercicio en FOCUS

Compresión adiabática de CO₂. Leé el enunciado, intentá resolverlo y abrí cada paso. El ejemplo completo es gratuito.

EJERCICIO GRATUITO

Compresión adiabática de CO₂

Entra dióxido de carbono a un compresor adiabático a $P_1=100\,\mathrm{kPa}$ y $T_1=300\,\mathrm K$ , a razón de $\dot m=0,5\,\mathrm{kg/s}$ , y sale a $P_2=600\,\mathrm{kPa}$ y $T_2=450\,\mathrm K$ . Sin tener en cuenta los cambios en la energía cinética, determiná: a) el flujo volumétrico de dióxido de carbono a la entrada; b) la potencia de entrada al compresor.

Determiná $\dot V_1$ y la potencia de eje que ingresa al compresor.

Intentá resolverlo antes de abrir los pasos.

Esquema del planteo: CO₂ de entrada, Compresor adiabático, CO₂ de salida. Datos: P₁ = 100 kPa; T₁ = 300 K; ṁ = 0,5 kg/s; P₂ = 600 kPa; T₂ = 450 K.

Razonalo paso a paso.

1. Analizá la masa que atraviesa el compresor

Elegí como volumen de control el compresor. Entra CO₂ por la conexión 1 y sale por la 2. Suponé régimen permanente: no se acumula masa dentro del equipo. Por eso, el caudal másico que sale es igual al que entra. Todavía no necesitamos el balance de energía.

\frac{dm_{VC}}{dt}=\dot m_1-\dot m_2=0\quad\Rightarrow\quad\dot m_1=\dot m_2=0{,}5\,\mathrm{kg/s}

2. Leé A-1 y empezá la tabla con el estado 1

En la conexión de entrada ya conocemos $T_1=300\,\mathrm K$ y $P_1=100\,\mathrm{kPa}$ . Para tratar el CO₂ como gas ideal necesitamos su constante $R$ . En la tabla A-1 de Çengel seguí la flecha hasta «Dióxido de carbono» y, en esa fila, leé el valor encerrado en la columna $R$ . A-1 no proporciona $c_p$ ; por eso dejamos $h_1$ pendiente hasta leer A-2 en el paso siguiente. Completá por ahora la temperatura y la presión de la primera fila.

R_{\mathrm{CO_2}}=0{,}1889\,\mathrm{\frac{kJ}{kg\,K}}=0{,}1889\,\mathrm{\frac{kPa\,m^3}{kg\,K}}

Tabla A-1 de Çengel, 8.ª edición. Una flecha roja sutil indica la fila Dióxido de carbono; un círculo marca R = 0,1889 kilojulios por kilogramo y kelvin.

Tabla de estados · CO₂ · compresor
Estado	T (K)	P (kPa)	h (kJ/kg)
1 · entrada	300	100	Pendiente de A-2

A-1 aporta R. En el paso siguiente se lee cₚ de A-2 para calcular h₁ = cₚT₁.

3. Leé A-2 y completá los dos estados

En la salida ya conocemos $T_2=450\,\mathrm K$ y $P_2=600\,\mathrm{kPa}$ . En la tabla A-2, titulada «Calores específicos de gas ideal a 300 K», seguí la flecha hasta la fila de CO₂ y buscá $c_p$ en la columna marcada: $0,846\,\mathrm{kJ/(kg\,K)}$ . Suponemos este $c_p$ constante para ambos estados. Con la convención de cálculo $h=c_pT$ , multiplicá por cada temperatura: primero obtené $h_1$ y después $h_2$ . Son valores de esta aproximación, no entalpías leídas de A-2. Ahora sí completá las dos filas de la tabla de estados.

\begin{aligned}h_1&=c_pT_1=0{,}846(300)=253{,}8\,\mathrm{kJ/kg}\\h_2&=c_pT_2=0{,}846(450)=380{,}7\,\mathrm{kJ/kg}\end{aligned}

Tabla A-2 de Çengel, 8.ª edición. Una flecha roja sutil indica la fila Dióxido de carbono; un círculo marca cp = 0,846 kilojulios por kilogramo y kelvin a 300 kelvin.

Tabla de estados · CO₂ · compresor
Estado	T (K)	P (kPa)	h (kJ/kg)
1 · entrada	300	100	253,8
2 · salida	450	600	380,7

Se usó h = cₚT con el mismo cₚ constante de A-2 para ambos estados. Solo h₂ − h₁ = 126,9 kJ/kg interviene en el balance; estas entalpías no son valores tabulados.

4. Calculá el caudal volumétrico de entrada

El caudal volumétrico indica cuántos metros cúbicos cruzan la entrada cada segundo. Primero usá $P_1v_1=RT_1$ para hallar el volumen específico del CO₂ en la entrada. La equivalencia $1\,\mathrm{kJ}=1\,\mathrm{kPa\,m^3}$ hace compatibles las unidades de $R$ y de $P_1$ . Después multiplicá $v_1$ por el caudal másico conservado en el paso 1. La presión de salida no interviene aquí.

\begin{aligned}v_1&=\frac{RT_1}{P_1}=\frac{0{,}1889(300)}{100}=0{,}5667\,\mathrm{m^3/kg}\\\dot V_1&=\dot m_1v_1=0{,}5(0{,}5667)=0{,}28335\,\mathrm{m^3/s}\end{aligned}

a) Caudal volumétrico de entrada: $\dot V_1\approx0,2834\,\mathrm{m^3/s}$ .

5. Aplicá energía y despejá Ẇ

Ahora sí tomá la primera ley para el volumen de control. Suponemos régimen permanente, una entrada y una salida de igual caudal, compresor adiabático ( $\dot Q=0$ ), cambio de energía cinética despreciable como indica el enunciado y cambio de energía potencial despreciable porque no se especifica una diferencia de altura. Tomamos $\dot W>0$ si el trabajo sale del equipo. Sustituí las entalpías de la tabla de estados y despejá $\dot W$ .

\begin{aligned}0&=\dot Q-\dot W+\dot m_1(h_1+e_{c,1}+e_{p,1})-\dot m_2(h_2+e_{c,2}+e_{p,2})\\0&=-\dot W+\dot m(h_1-h_2)\\\dot W&=\dot m(h_1-h_2)=0{,}5(253{,}8-380{,}7)=-63{,}45\,\mathrm{kW}\end{aligned}

b) $\dot W=-63,45\,\mathrm{kW}$ .

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02 / LA EXPLICACIÓN

Repasá el concepto y volvé al ejercicio cuando quieras.

Los sistemas abiertos son un concepto clave en el estudio de la termodinámica y la física que nos permiten comprender cómo interactúan la materia y la energía en el mundo que nos rodea.

En este artículo, exploraremos qué son los sistemas abiertos, por qué son relevantes y cómo se aplican en diversas áreas de la ciencia y la ingeniería.

VIDEO PÚBLICO DE FOCUSSistemas abiertos permanentes en TermodinámicaReproducilo acá mientras seguís el artículo.

¿Qué es un Sistema Abierto?

Un sistema abierto es una región del espacio que se encuentra en constante intercambio de energía y materia con su entorno.

A diferencia de los sistemas cerrados, que solo intercambian energía pero no materia con el exterior, los sistemas abiertos permiten tanto el flujo de energía como la transferencia de materia a través de sus fronteras.

Esta característica los hace extremadamente relevantes en una amplia variedad de situaciones del mundo real.

Ejemplos de Sistemas Abiertos

Para comprender mejor este concepto, consideremos algunos ejemplos cotidianos de sistemas abiertos:

Un río fluyendo: Un río es un sistema abierto. Puede recibir agua (materia) de afluentes y al mismo tiempo liberar calor (energía) en forma de evaporación. Los sedimentos y nutrientes transportados por el agua también son una forma de transferencia de materia.
Un motor de automóvil: Un motor de automóvil opera como un sistema abierto. Combustible y aire entran al motor, se queman y producen energía que se utiliza para mover el automóvil. A través del escape, se expulsan gases y calor.
El cuerpo humano: El cuerpo humano es un sistema abierto complejo. Recibimos alimentos y líquidos (materia) y liberamos calor y productos de desecho (energía y materia) a través de la respiración, la digestión y otros procesos biológicos.

Importancia de los Sistemas Abiertos

Entender que es un sistema abierto es fundamental para comprender una amplia gama de fenómenos y procesos en la naturaleza y la tecnología. La termodinámica, una rama importante de la física que se enfoca en el estudio de la energía y el calor, utiliza el concepto de sistemas abiertos para analizar y predecir cómo funcionan máquinas, motores y sistemas naturales.

Aplicaciones en la vida diaria

La relevancia de los sistemas abiertos se extiende a muchas áreas de la vida cotidiana. Desde la calefacción y refrigeración de edificios hasta el funcionamiento de electrodomésticos, nuestra sociedad depende en gran medida de la comprensión de cómo los sistemas abiertos intercambian energía y materia con el entorno. La optimización de estos sistemas tiene un impacto directo en la eficiencia y la sostenibilidad.

Los sistemas abiertos son un concepto esencial para comprender cómo funcionan los procesos naturales y tecnológicos en nuestro mundo. Nos permiten analizar cómo la materia y la energía fluyen a través de las fronteras de un sistema y cómo estos intercambios influyen en su comportamiento. Si estás preparando Termodinámica, te ayudamos a que profundices sobre todo lo que es un sistema abierto y todos los temas de la materia para preparar los parciales de termodinámica

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