ENERGIA. La energía se define como la capacidad que tiene un sistema para producir trabajo.

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Trinidad Chávez Ferreyra
hace 8 años
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1 ENERGIA La energía se define como la capacidad que tiene un sistema para producir trabajo. Tipos de energía almacenada: son aquellos que se encuentran dentro del sistema 1. Energía potencial: es debida a la posición que guarda un cuerpo sobre el nivel de referencia. Para elevar un cuerpo o una masa de fluido en un campo gravitatorio es preciso realizar un trabajo contra las fuerzas del campo, trabajo que queda almacenado en el cuerpo en forma de energía potencial. o por unidad de masa (específica) 2. Energía cinética: es la energía que tiene un cuerpo en virtud de la velocidad respecto de un campo de referencia en reposo. 3. Energía mecánica: Es la energía que se introduce a un sistema por medio de una bomba o que se extrae de un sistema por medio de una turbina. 4. Energía de fricción: Representa la energía perdida debido a la fricción cuando un fluido pasa a través de las diferentes partes de un sistema, como por ejemplo, a través de la tubería, de codos, de válvulas, etc. 5. Energía interna: Es una función de estado porque únicamente depende del estado en que se encuentre el sistema sin depender del proceso mediante el cual el sistema ha llegado a ese estado. Está relacionada con los constituyentes del sistema y es la suma de la energía cinética debido al movimiento de traslación de las moléculas, la energía cinética debida a la rotación de las moléculas, la energía cinética debida a la vibración de los átomos pertenecientes a la molécula y la energía potencial debida a las fuerzas intermoleculares. 6. Energía de presión (o de flujo): Es la parte de la energía interna de un cuerpo que puede realizar trabajo. 7. Energía química: Es la liberada o absorbida durante una reacción química. Tipos de energía de tránsito: el trabajo y el calor son las únicas formas de energía que pueden atravesar la frontera sin que sea necesaria la transferencia de masa Figura 1. Energía que puede cruzar la frontera

Para elevar un cuerpo o una masa de fluido en un campo gravitatorio es preciso realizar un trabajo contra las fuerzas del campo, trabajo que queda almacenado en el cuerpo en forma de energía

CALOR (Q): Es un mecanismo de intercambio de energía asociado al movimiento microscópico de los constituyentes del sistema, o sea, la energía que se intercambia en forma de calor proviene de la

Cuando dos sistemas se ponen en contacto térmico, las moléculas del que se encuentra a temperatura más alta ceden parte de su energía cinética a las moléculas del otro a través de colisiones.

2 CALOR (Q): Es un mecanismo de intercambio de energía asociado al movimiento microscópico de los constituyentes del sistema, o sea, la energía que se intercambia en forma de calor proviene de la energía cinética de agitación molecular. Cuando dos sistemas se ponen en contacto térmico, las moléculas del que se encuentra a temperatura más alta ceden parte de su energía cinética a las moléculas del otro a través de colisiones. Hay transmisión de energía en forma de calor cuando la causa de esa transferencia es una diferencia de temperaturas. La convención de signos empleado para el calor es: un calor aportado al sistema es positivo y un calor cedido por el sistema es negativo. Un proceso adiabático es aquel en el que no hay transferencia de calor, lo cual puede suceder ya sea porque el sistema esté completamente aislado, o porque la temperatura de él y de los alrededores es la misma. El calor se puede expresar por unidad de masa: o como velocidad (tasa) de transferencia de calor: Figura 2. Sistema adiabático Existen tres diferentes mecanismos de transferencia de calor: Conducción: transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario -que puede ser un sólido o un fluido- cuando existe un gradiente de temperatura. Convección: transferencia de calor que ocurrirá entre una superficie y un fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas. La convección puede ser natural o forzada, dependiendo de si el movimiento del fluido es ocasionado por las fuerzas de flotación del fluido (debidas a la variación de la densidad por la temperatura) o si se emplea un aparato para hacerlo fluir. Figura 3. Conducción Figura 4. Convección

Radiación: en ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita

Radiación Intercambiadores de calor: son dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin mezclarse físicamente. Figura 6.

3 Radiación: en ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas. Figura 5. Radiación Intercambiadores de calor: son dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin mezclarse físicamente. Figura 6. Intercambiador de tubos concéntricos Figura 7. Intercambiador de doble trayecto TRABAJO (W): En la forma de energía que puede atravesar la frontera del sistema y no lo hace en virtud de una diferencia de temperatura, en forma más específica: el trabajo es la transferencia de energía relacionada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia. Un pistón ascendente, un eje rotatorio, un cable eléctrico, una bomba o una turbina son elementos que están asociados a realizar trabajo. El trabajo se puede expresar por unidad de masa: y por unidad de tiempo se conoce como potencia :

4 Por convención si el trabajo es hecho por el sistema es positivo y si es hecho sobre el sistema es negativo. El trabajo y el calor son formas de energía que atraviesan la frontera del sistema y tienen características comunes: 1. Tanto el calor como el trabajo pueden ser reconocidos en las fronteras de un sistema cuando las cruzan; es decir son fenómenos de frontera. 2. Los sistemas poseen energía, pero el calor o el trabajo no. 3. Ambos se relacionan con un proceso, no con un estado. No son propiedades que definan un estado. 4. Ambos son funciones de trayectoria, es decir, sus magnitudes dependen de la trayectoria seguida durante el proceso, no solamente de los estados finales. Figura 8.Funciones de trayectoria Algunos tipos de trabajo Trabajo eléctrico: en un campo eléctrico, los electrones en un alambre se mueven por efecto de una diferencia de potencial eléctrico, por lo tanto realizan trabajo. Figura 9. Potencia eléctrica Trabajo mecánico: una fuerza constante F sobre un cuerpo que se desplaza una distancia s en la dirección de la fuerza, hace un trabajo W: Figura 10. Trabajo mecánico Hay dos requisitos para que se presente trabajo entre un sistema y sus alrededores: 1. debe haber una fuerza que actúe sobre los límites 2. éstos límites deben moverse

Tanto el calor como el trabajo pueden ser reconocidos en las fronteras de un sistema cuando las cruzan; es decir son fenómenos de frontera. 2.

5 Existen varias formas de trabajo mecánico, a continuación se analizan algunas formas comunes Trabajo de flecha: es la transmisión de energía que se presenta mediante un eje rotatorio. El torque T aplicado al eje puede ser constante, lo que significa que la fuerza F aplicada lo es. Figura 11. Trabajo de flecha Trabajo de resorte: la energía potencial elástica que puede almacenar un resorte es proporcional a la magnitud de la deformación que se produce. Figura 12. Elongación del resorte ENERGIA INTERNA: como variables de estado para definir la energía que posee un sistema en virtud de sus energías moleculares, atómicas y subatómicas, se suelen usar la temperatura y el volumen específico: El cambio en energía interna se puede expresar como: en donde Cv se conoce como capacidad calorífica (calor específico) a volumen constante. En consecuencia para calcular un cambio en energía interna entre dos estados, se tiene: Observe que sólo es posible calcular diferencias de energía interna, o calcular la energía interna relativa a un estado de referencia, pero nunca valores absolutos de esta energía.

Trabajo de flecha Trabajo de resorte: la energía potencial elástica que puede almacenar un resorte es proporcional a la magnitud de la deformación que se produce. Figura 12.

ENTALPÍA. La entalpía (H) se define como la combinación de dos variables que aparecen con mucha frecuencia en el balance de energía: donde P es la presión y es el volumen específico.

6 ENTALPÍA. La entalpía (H) se define como la combinación de dos variables que aparecen con mucha frecuencia en el balance de energía: donde P es la presión y es el volumen específico. La entalpía se considera función de la temperatura y la presión: para estimar cambios en la entalpía:, con Cp capacidad calorífica a volumen constante. Integrando: Como en el caso de la energía interna, la entalpía no tiene un valor absoluto; solamente se pueden evaluar sus cambios. Calores específicos: es la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia. Figura 11. Calores específicos a volumen y presión constantes (para el He)

específico. La entalpía se considera función de la temperatura y la presión: para estimar cambios en la entalpía:, con Cp capacidad calorífica a volumen constante.

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