¿Qué es un Diagrama Energético? (con Ejemplos)
Un diagrama energético es una gráfica de energía que ilustra el proceso que ocurre a lo largo de una reacción. Los diagramas energéticos también pueden ser definidos como la visualización de una configuración electrónica en orbitales; cada representación es un electrón de un orbital con una flecha.
Por ejemplo, en un diagrama energético las flechas que apuntan en dirección superior representan un electrón con un giro positivo. A su vez, las flechas que apuntan hacia abajo, se encargan de representar a un electrón con giro negativo.
Existen dos tipos de diagramas energéticos. Los diagramas de termodinámica o química orgánica, los cuales muestran la cantidad de energía generada o gastada a lo largo de toda una reacción; comenzando desde que los elementos se encuentran como reactivos, pasando por un estado de transición, hasta los productos.
Y los diagramas de química inorgánica, que sirven para demostrar los orbitales moleculares según el nivel de energía que tengan los átomos.
Tipos de diagramas energéticos
Diagramas de termodinámica
Los diagramas termodinámicos son diagramas utilizados para representar los estados termodinámicos de una materia (típicamente fluidos) y las consecuencias de la manipulación de este material.
Por ejemplo, un diagrama de temperatura entrópica puede ser usado para demostrar el comportamiento de un fluido a medida que cambia por un compresor.
Los diagramas de Sankey son diagramas energéticos en los cuales el grosor de las flechas son mostradas proporcionalmente a la cantidad de flujo. Un ejemplo se puede ilustrar de la siguiente forma:
Este diagrama representa todo el flujo primario de energía de una fábrica. El grosor de las bandas es directamente proporcional a la energía de producción, uso y perdidas.
Las fuentes primarias de energía son el gas, la electricidad y carbón/ aceite y representan el ingreso de energía al lado izquierdo del diagrama.
También se pueden visualizar los gastos de energía, el flujo material a nivel regional o nacional, y el desglose del costo de un elemento o servicios.
Estos diagramas colocan un énfasis visual en las transferencias grandes de energía o flujos dentro de un sistema.
Y son muy útiles a la hora de localizar contribuciones dominantes en un flujo general. A menudo estos diagramas muestran cantidades conservadas dentro de los limites de un sistema definido.
Diagrama P-V
Es usado para describir cambios correspondientes a las medidas de volumen y presión en el sistema. Son comúnmente usados en la termodinámica, fisiología cardiovascular y fisiología respiratoria.
Los diagramas P-V originalmente eran llamados diagramas indicadores. Fueron desarrollados en el siglo XVIII como herramientas para comprender la eficiencia de los motores de vapor.
Un diagrama P-V muestra el cambio en presión P con respecto al volumen de V de algún proceso o procesos.
En la termodinámica, estos procesos forman un ciclo, de manera que cuando el ciclo se culmine no haya ningún cambio en el estado del sistema; como por ejemplo en un aparato que retorna a su presión y volumen inicial.
La figura muestra las características de un típico diagrama P-V. Una serie de estados enumerados (del 1 al 4) se pueden observar.
El camino entre cada estado consiste de algún proceso (A hacia D) que altera la presión o el volumen del sistema ( O ambos).
Diagrama T-S
Es utilizado en la termodinámica para visualizar los cambios de temperatura y entropía específica durante un proceso o ciclo termodinámico.
Es muy útil y una herramienta muy común en el área, particularmente porque ayuda a visualizar la transferencia de calor durante un proceso.
Para procesos reversibles o ideales, el área debajo de la curva T-S de un proceso es el calor transferido al sistema durante ese proceso.
Un proceso isentrópico es graficado como una línea vertical en un diagrama T-S, mientras que un proceso isotérmico es graficado una línea horizontal.
Éste ejemplo muestra un ciclo termodinámico que toma lugar en una temperatura depósito caliente Tc, y una temperatura de depósito fría Tc. En un proceso reversible, el área en rojo Qc es la cantidad de energía intercambiada entre el sistema y el depósito frío.
El área en blanco W es la cantidad de trabajo energético intercambiado entre el sistema y lo que lo rodea. La cantidad de calor Qh intercambiada entre el depósito caliente es la suma de los dos.
Si el ciclo se mueve hacia la derecha significa que es un motor de calor que suelta trabajo. Si el ciclo se mueve en dirección contraria, es una bomba de calor que recibe trabajo y mueve el calor Qh desde el depósito de frio hacia el depósito caliente.
Diagramas de química inorgánica
Sirven para representar o esquematizar los orbitales moleculares relacionados con los átomos y su nivel de energía.
Diagrama de energía potencial del etano
Las distintas conformaciones del etano no van a tener la misma energía ya que tienen una repulsión electrónica distinta entre hidrógenos.
A medida que se gira la molécula, partiendo de una conformación ya alternada, la distancia entre los átomos de hidrógeno de los grupos particulares de metilo comienzan a reducirse. La energía potencial de ese sistema va a aumentar hasta que llegue a una conformación eclipsada
Se pueden representar gráficamente los diferentes tipos de energía entre las conformaciones varias. En el diagrama del etano se observa como las conformaciones eclipsadas son los máximos de energía; por otro lado las alternadas serían los mínimos.
En este diagrama de energía potencial del etano se parte desde una conformación eclipsada. Luego se van haciendo giros de 60° a 60° hasta que se recorren los 360°.
Se pueden clasificar las diferentes conformaciones según la energía. Por ejemplo, las alternadas 1,3 y cinco tiene la misma energía (0). Por su lado, las conformaciones 2,4 y 6 tendrán más en energía como consecuencia de los eclipsamientos hidrógeno-hidrógeno
Referencias
- Pressure volumen diagram. Recuperado de wikipedia.org
- T-S diagram. Recuperado de wikipedia.org
- Sankey diagram. Recuperado de wikipedia.org
- Diagramas de energía potencial. (2009). Recuperado de quimicaorganica.net