El documento presenta un capítulo sobre termodinámica. Brevemente describe que la energía puede transferirse entre sistemas en forma de calor o trabajo, definiendo el calor como la transferencia de energía debido a una diferencia de temperatura. Explica también que un proceso adiabático es aquel en el que no hay transferencia de calor.
Aplicaciones De La Primera Ley De La TermodinamicaMauricio alegria
1) El documento describe diferentes aplicaciones de la primera ley de la termodinámica, incluyendo transformaciones adiabáticas e isotérmicas.
2) También explica diferentes tipos de máquinas térmicas como la máquina de vapor de Watt, el motor Stirling, y motores de combustión interna como el motor Otto y Diesel.
3) Finalmente, introduce conceptos como el ciclo de Rankine y la segunda ley de la termodinámica.
Este documento introduce los conceptos fundamentales de la transferencia de calor. Explica que la transferencia de calor ocurre a través de tres mecanismos: conducción, convección y radiación. Describe la conducción como el paso de calor a través de sólidos debido al movimiento de moléculas o electrones. La convección implica el paso de calor a un fluido adyacente a una superficie a diferente temperatura. La radiación transmite calor a través de ondas electromagnéticas. El documento deriva la ecuación de conducción de calor
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN-CONDUCCIÓN LINEAL EN MULTIPLES CAPASEdisson Paguatian
El estudiante a través de esta presentación puede resolver problemas de conducción lineal en estado estacionario en diferentes configuraciones geométricas: cilindros, esferas y paredes en serie y paralelo
El documento describe conceptos fundamentales de la termodinámica como calor, trabajo, entalpía y la primera ley de la termodinámica. Explica que el calor es energía de tránsito que atraviesa los límites de un sistema debido a una diferencia de temperatura, y que el trabajo es energía de tránsito que puede emplearse para levantar un peso. También define la entalpía como la energía interna de un sistema más el trabajo de expansión, y establece que para un sistema cerrado, la variación de energía interna es
Práctica 12 Transferencia de Calor por ConvecciónJasminSeufert
Experimento realizado en los laboratorios del Instituto Tecnológico de Mexicali para poder visualizar la transferencia de calor por convección por medio de experimentos muy sencillos y observación del movimiento convectivo utilizando agua, tinta, aire y una espiral de papel.
Esta presentación trae explicaciones de la primera ley, en forma resumida y aplicada a los balances de energía. Además, los conceptos de energía cinética, potencial e interna. Y vienen algunos problemas resueltos paso a paso, de balances de energía sin y con reacción química. Algunos de mayor complejidad que otros. Los extracté de diversas fuentes de internet pero traté de adaptarlos. Espero no ofender a nadie que haya elaborado estos ejercicios. Si es así, por favor, acepte mis disculpas. Esta presentación la utilicé con fines académicos, porque veo que son los ejercicios que más aportan al tema.
Este documento describe los inconvenientes del ciclo Rankine simple y cómo la regeneración puede mejorar la eficiencia. La regeneración involucra la extracción de vapor de la turbina para calentar el agua de alimentación, aumentando su temperatura media y acercando el ciclo a la eficiencia de Carnot. Se detallan dos métodos de regeneración: calentadores de agua de alimentación abiertos, donde el vapor se mezcla con el agua, y calentadores cerrados, donde solo ocurre la transferencia de calor.
Aplicaciones De La Primera Ley De La TermodinamicaMauricio alegria
1) El documento describe diferentes aplicaciones de la primera ley de la termodinámica, incluyendo transformaciones adiabáticas e isotérmicas.
2) También explica diferentes tipos de máquinas térmicas como la máquina de vapor de Watt, el motor Stirling, y motores de combustión interna como el motor Otto y Diesel.
3) Finalmente, introduce conceptos como el ciclo de Rankine y la segunda ley de la termodinámica.
Este documento introduce los conceptos fundamentales de la transferencia de calor. Explica que la transferencia de calor ocurre a través de tres mecanismos: conducción, convección y radiación. Describe la conducción como el paso de calor a través de sólidos debido al movimiento de moléculas o electrones. La convección implica el paso de calor a un fluido adyacente a una superficie a diferente temperatura. La radiación transmite calor a través de ondas electromagnéticas. El documento deriva la ecuación de conducción de calor
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN-CONDUCCIÓN LINEAL EN MULTIPLES CAPASEdisson Paguatian
El estudiante a través de esta presentación puede resolver problemas de conducción lineal en estado estacionario en diferentes configuraciones geométricas: cilindros, esferas y paredes en serie y paralelo
El documento describe conceptos fundamentales de la termodinámica como calor, trabajo, entalpía y la primera ley de la termodinámica. Explica que el calor es energía de tránsito que atraviesa los límites de un sistema debido a una diferencia de temperatura, y que el trabajo es energía de tránsito que puede emplearse para levantar un peso. También define la entalpía como la energía interna de un sistema más el trabajo de expansión, y establece que para un sistema cerrado, la variación de energía interna es
Práctica 12 Transferencia de Calor por ConvecciónJasminSeufert
Experimento realizado en los laboratorios del Instituto Tecnológico de Mexicali para poder visualizar la transferencia de calor por convección por medio de experimentos muy sencillos y observación del movimiento convectivo utilizando agua, tinta, aire y una espiral de papel.
Esta presentación trae explicaciones de la primera ley, en forma resumida y aplicada a los balances de energía. Además, los conceptos de energía cinética, potencial e interna. Y vienen algunos problemas resueltos paso a paso, de balances de energía sin y con reacción química. Algunos de mayor complejidad que otros. Los extracté de diversas fuentes de internet pero traté de adaptarlos. Espero no ofender a nadie que haya elaborado estos ejercicios. Si es así, por favor, acepte mis disculpas. Esta presentación la utilicé con fines académicos, porque veo que son los ejercicios que más aportan al tema.
Este documento describe los inconvenientes del ciclo Rankine simple y cómo la regeneración puede mejorar la eficiencia. La regeneración involucra la extracción de vapor de la turbina para calentar el agua de alimentación, aumentando su temperatura media y acercando el ciclo a la eficiencia de Carnot. Se detallan dos métodos de regeneración: calentadores de agua de alimentación abiertos, donde el vapor se mezcla con el agua, y calentadores cerrados, donde solo ocurre la transferencia de calor.
El documento presenta los conceptos fundamentales de la Primera Ley de la Termodinámica. Explica que esta ley establece que la variación de la energía interna de un sistema es igual al calor agregado menos el trabajo realizado. También define conceptos clave como sistema, entorno, trabajo, calor y energía interna.
Este documento presenta los resultados de un experimento para determinar el calor latente de fusión del hielo y el calor latente de condensación del agua. Se midió la masa de agua antes y después de la fusión del hielo y la condensación del vapor para calcular los calores latentes. Como resultado, se obtuvo un calor de fusión de 75,78 cal/g y un calor de condensación de 492,67 cal/g, con errores del 5,27% y 8,76% respectivamente en comparación con los valores teóricos.
1) El documento discute los conceptos básicos de la termodinámica, incluyendo definiciones de sistema, energía, temperatura y presión.
2) Explica las leyes de los gases ideales de Boyle, Charles, Gay-Lussac y Avogadro y cómo se combinan en la ecuación del gas ideal.
3) Señala que los gases reales se desvían de la idealidad a altas presiones o bajas temperaturas debido a las fuerzas intermoleculares.
Este documento resume los conceptos fundamentales de la segunda ley de la termodinámica. 1) Explica que los procesos naturales son irreversibles y aumentan el desorden. 2) Introduce el concepto de entropía como una medida cuantitativa del desorden. 3) Establece que la entropía total de un sistema aislado nunca disminuye en un proceso natural, solo aumenta o se mantiene constante.
Procesos Reversibles e irreversibles. Termodinámicacecymedinagcia
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
La segunda ley de la termodinámica establece que ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia de 100 por ciento. Entonces cabe preguntar, ¿cuál
es la eficiencia más alta que pudiera tener una máquina térmica? Antes de contestarla es necesario definir primero un proceso idealizado, llamado proceso
reversible. Los procesos que se estudiaron al comienzo de este capítulo ocurrieron en cierta dirección, y una vez ocurridos, no se pueden revertir por sí mismos de
forma espontánea y restablecer el sistema a su estado inicial. Por esta razón se clasifican como procesos irreversibles. Una vez que se enfría una taza de café, no se calentará al recuperar de los alrededores el calor que perdió. Si eso
fuera posible, tanto los alrededores como el sistema (café) volverían a su condición original, y esto sería un proceso reversible. Un proceso reversible se define como un proceso que se puede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores. Es decir, tanto el sistema
como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el proceso inverso. Esto es posible sólo si el intercambio de calor y trabajo netos entre el sistema y los alrededores es cero para el proceso combinado (original e inverso). Los procesos que no son reversibles se denominan procesos irreversibles. Se debe señalar que es posible volver un sistema a su estado original siguiendo un proceso, sin importar si éste es reversible o irreversible. Pero
para procesos reversibles, esta restauración se hace sin dejar ningún cambio neto en los alrededores, mientras que para procesos irreversibles los alrededores normalmente hacen algún trabajo sobre el sistema, por lo tanto no vuelven a su estado original. Los procesos reversibles en realidad no ocurren en la naturaleza, sólo son
idealizaciones de procesos reales. Los reversibles se pueden aproximar mediante
dispositivos reales, pero nunca se pueden lograr; es decir, todos los procesos que ocurren en la naturaleza son irreversibles. Entonces, quizá se pregunte por
qué preocuparse de esta clase de procesos ficticios. Hay dos razones: una es que son fáciles de analizar, puesto que un sistema pasa por una serie de estados
de equilibrio durante un proceso reversible; y otra es que sirven como modelos idealizados con los que es posible comparar los procesos reales. En la vida diaria, el concepto de una “persona correcta” es también una
idealización, tal como el concepto de un proceso reversible (perfecto). Quienes insisten en hallar a esa persona correcta para establecerse están condenados a
permanecer solos el resto de sus vidas. La posibilidad de hallar la pareja ideal no es mayor que la de hallar un proceso perfecto (reversible). Del mismo modo,
una persona que insiste en tener amigos perfectos seguramente no tiene amigos. Los ingenieros están interesados en procesos reversibles porque los dispositivos que producen trabajo, como motores de auto
La práctica demostró la Ley Cero de la Termodinámica al poner agua caliente y fría en contacto, lo que resultó en que ambas alcanzaran una temperatura de equilibrio intermedia. Se midió la cantidad de energía ganada y cedida, y se calculó teóricamente la temperatura de equilibrio. Experimentalmente, la temperatura de equilibrio se acercó más a la teórica que a la inicial.
Este documento describe la transferencia de calor por convección y la ley de enfriamiento de Newton. La convección implica el transporte de calor a través de un fluido entre zonas de diferentes temperaturas. La ley de Newton establece que la velocidad de cambio de temperatura de un cuerpo es proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y su entorno. El documento también explica el coeficiente de transferencia de calor y cómo se aplica la ley de Newton para modelar la transferencia de calor por convección.
Este informe describe un experimento de calorimetría para medir el calor específico de metales como el aluminio, el cobre y el hierro. Los estudiantes colocaron muestras de cada metal en agua hirviendo y luego las transfirieron a agua a temperatura ambiente para medir los cambios de temperatura. Esto les permitió calcular el calor cedido por cada metal y determinar su calor específico. También realizaron un experimento adicional con botellas de agua y frutiño para observar cómo se distribuye el cal
Un intercambiador de calor es un equipo que transfiere calor entre dos fluidos separados por una pared metálica. Existen varios tipos clasificados según su construcción, disposición de los fluidos o función. El coeficiente global de transferencia de calor depende de factores como la geometría, suciedad y variación de la temperatura a lo largo del intercambiador.
El documento presenta cuatro tablas que proporcionan información sobre unidades y conversiones, propiedades del agua, propiedades del aire y propiedades de la atmósfera estándar. La tabla 1 lista unidades comunes de medición y factores de conversión entre el sistema inglés y el sistema internacional. Las tablas 2-4 proporcionan valores para propiedades como densidad, viscosidad, tensión superficial y presión de vapor para diferentes sustancias y condiciones.
Laboratory session in Physics II subject for September 2016-January 2017 semester in Yachay Tech University (Ecuador). Topic covered: thermodyinamics, calorimetry, temperature
Based on Bruna Regalado's work
Este capítulo trata sobre las capacidades caloríficas de los gases. Define la capacidad calorífica a presión constante (cp) como la razón de cambio de la entalpía con respecto a la temperatura a presión constante. Define la capacidad calorífica a volumen constante (cv) como la razón de cambio de la energía interna con respecto a la temperatura a volumen constante. Explica las unidades, conversiones y dependencia de cp y cv con respecto a la presión y el volumen.
Este documento presenta 5 problemas relacionados con la tensión superficial y el ascenso capilar. El primer problema determina el ascenso del queroseno en un tubo de vidrio. El segundo problema determina la tensión superficial de un líquido desconocido. El tercer problema calcula la presión dentro de una pompa de jabón. El cuarto problema determina la altura a la que ascenderá una solución acuosa en un árbol debido a la capilaridad. El quinto problema determina la tensión superficial de un líquido desconocido usando una película
Este documento trata sobre los principios de conservación de la energía y los balances de energía. Explica que la energía se conserva pero puede transformarse de una forma a otra, como calor, trabajo, energía química, etc. También describe cómo se pueden aplicar los balances de energía para analizar procesos industriales y maximizar la eficiencia energética. Finalmente, proporciona ejemplos concretos de cómo calcular balances entálpicos y de energía mecánica.
Este documento describe la segunda ley de la termodinámica y su relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Explica que la segunda ley establece que es imposible construir una máquina térmica con una eficiencia del 100% que convierta todo el calor absorbido en trabajo, debido a que siempre se libera una parte del calor a una fuente fría. También presenta dos formulaciones equivalentes de la segunda ley: la de Kelvin-Planck, que afirma que es imposible una máquina térmica que
El documento trata sobre los diferentes mecanismos de transferencia de calor, incluyendo la conducción, convección y radiación. Explica las leyes de Fourier, Newton y Fick que rigen estos fenómenos de transporte de calor, masa y cantidad de movimiento. También describe los conceptos de coeficiente de transferencia de calor, flujo laminar vs turbulento, y aplicaciones combinadas de diferentes mecanismos de transferencia de calor.
Este documento presenta los métodos para calcular la transferencia de calor por convección y radiación. Describe los pasos para calcular el coeficiente de convección por convección natural y forzada, incluyendo el cálculo de números adimensionales como Nusselt, Grashoff y Prandtl. También explica cómo calcular la transferencia de calor por radiación para un crisol y metal fundido, así como factores y áreas de conversión comunes.
Este documento presenta una serie de problemas de transferencia de calor relacionados con diferentes temas como conducción unidimensional y bidimensional, convección forzada y natural, radiación e intercambio térmico. Incluye 10 problemas de muestra con sus respectivas soluciones para que sirvan como ejemplo y guía de resolución de otros problemas similares. El documento proporciona una introducción breve a cada tema y contiene tablas con propiedades termofísicas de diferentes materiales para facilitar los cálculos requeridos.
Este documento trata sobre la transferencia de materia por convección en procesos de separación en ingeniería ambiental. Explica los coeficientes de transferencia de materia, incluyendo coeficientes individuales para una sola fase y coeficientes globales para la transferencia entre fases. También presenta expresiones para calcular la densidad de flujo de materia y tablas con valores típicos de coeficientes de transferencia para diferentes equipos industriales.
La termodinámica estudia la transferencia de energía en sistemas en equilibrio. Se fundamenta en cuatro leyes, incluyendo la ley de conservación de energía y la segunda ley sobre la entropía. La transferencia de calor ocurre a través de la conducción, convección o radiación y se rige por leyes como la ley de Fourier. Los ingenieros aplican estos principios termodinámicos para analizar y diseñar procesos que satisfagan las necesidades humanas de manera eficiente.
1) Se analiza la transferencia de calor unidimensional a través de una placa de cobre comprimida entre dos tableros de madera.
2) Se calcula la conductividad térmica efectiva del tablero compuesto, considerando las resistencias térmicas en serie de cada material.
3) También se determina la fracción del calor conducido a lo largo del tablero que pasa a través de la placa de cobre.
El documento presenta los conceptos fundamentales de la Primera Ley de la Termodinámica. Explica que esta ley establece que la variación de la energía interna de un sistema es igual al calor agregado menos el trabajo realizado. También define conceptos clave como sistema, entorno, trabajo, calor y energía interna.
Este documento presenta los resultados de un experimento para determinar el calor latente de fusión del hielo y el calor latente de condensación del agua. Se midió la masa de agua antes y después de la fusión del hielo y la condensación del vapor para calcular los calores latentes. Como resultado, se obtuvo un calor de fusión de 75,78 cal/g y un calor de condensación de 492,67 cal/g, con errores del 5,27% y 8,76% respectivamente en comparación con los valores teóricos.
1) El documento discute los conceptos básicos de la termodinámica, incluyendo definiciones de sistema, energía, temperatura y presión.
2) Explica las leyes de los gases ideales de Boyle, Charles, Gay-Lussac y Avogadro y cómo se combinan en la ecuación del gas ideal.
3) Señala que los gases reales se desvían de la idealidad a altas presiones o bajas temperaturas debido a las fuerzas intermoleculares.
Este documento resume los conceptos fundamentales de la segunda ley de la termodinámica. 1) Explica que los procesos naturales son irreversibles y aumentan el desorden. 2) Introduce el concepto de entropía como una medida cuantitativa del desorden. 3) Establece que la entropía total de un sistema aislado nunca disminuye en un proceso natural, solo aumenta o se mantiene constante.
Procesos Reversibles e irreversibles. Termodinámicacecymedinagcia
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
La segunda ley de la termodinámica establece que ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia de 100 por ciento. Entonces cabe preguntar, ¿cuál
es la eficiencia más alta que pudiera tener una máquina térmica? Antes de contestarla es necesario definir primero un proceso idealizado, llamado proceso
reversible. Los procesos que se estudiaron al comienzo de este capítulo ocurrieron en cierta dirección, y una vez ocurridos, no se pueden revertir por sí mismos de
forma espontánea y restablecer el sistema a su estado inicial. Por esta razón se clasifican como procesos irreversibles. Una vez que se enfría una taza de café, no se calentará al recuperar de los alrededores el calor que perdió. Si eso
fuera posible, tanto los alrededores como el sistema (café) volverían a su condición original, y esto sería un proceso reversible. Un proceso reversible se define como un proceso que se puede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores. Es decir, tanto el sistema
como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el proceso inverso. Esto es posible sólo si el intercambio de calor y trabajo netos entre el sistema y los alrededores es cero para el proceso combinado (original e inverso). Los procesos que no son reversibles se denominan procesos irreversibles. Se debe señalar que es posible volver un sistema a su estado original siguiendo un proceso, sin importar si éste es reversible o irreversible. Pero
para procesos reversibles, esta restauración se hace sin dejar ningún cambio neto en los alrededores, mientras que para procesos irreversibles los alrededores normalmente hacen algún trabajo sobre el sistema, por lo tanto no vuelven a su estado original. Los procesos reversibles en realidad no ocurren en la naturaleza, sólo son
idealizaciones de procesos reales. Los reversibles se pueden aproximar mediante
dispositivos reales, pero nunca se pueden lograr; es decir, todos los procesos que ocurren en la naturaleza son irreversibles. Entonces, quizá se pregunte por
qué preocuparse de esta clase de procesos ficticios. Hay dos razones: una es que son fáciles de analizar, puesto que un sistema pasa por una serie de estados
de equilibrio durante un proceso reversible; y otra es que sirven como modelos idealizados con los que es posible comparar los procesos reales. En la vida diaria, el concepto de una “persona correcta” es también una
idealización, tal como el concepto de un proceso reversible (perfecto). Quienes insisten en hallar a esa persona correcta para establecerse están condenados a
permanecer solos el resto de sus vidas. La posibilidad de hallar la pareja ideal no es mayor que la de hallar un proceso perfecto (reversible). Del mismo modo,
una persona que insiste en tener amigos perfectos seguramente no tiene amigos. Los ingenieros están interesados en procesos reversibles porque los dispositivos que producen trabajo, como motores de auto
La práctica demostró la Ley Cero de la Termodinámica al poner agua caliente y fría en contacto, lo que resultó en que ambas alcanzaran una temperatura de equilibrio intermedia. Se midió la cantidad de energía ganada y cedida, y se calculó teóricamente la temperatura de equilibrio. Experimentalmente, la temperatura de equilibrio se acercó más a la teórica que a la inicial.
Este documento describe la transferencia de calor por convección y la ley de enfriamiento de Newton. La convección implica el transporte de calor a través de un fluido entre zonas de diferentes temperaturas. La ley de Newton establece que la velocidad de cambio de temperatura de un cuerpo es proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y su entorno. El documento también explica el coeficiente de transferencia de calor y cómo se aplica la ley de Newton para modelar la transferencia de calor por convección.
Este informe describe un experimento de calorimetría para medir el calor específico de metales como el aluminio, el cobre y el hierro. Los estudiantes colocaron muestras de cada metal en agua hirviendo y luego las transfirieron a agua a temperatura ambiente para medir los cambios de temperatura. Esto les permitió calcular el calor cedido por cada metal y determinar su calor específico. También realizaron un experimento adicional con botellas de agua y frutiño para observar cómo se distribuye el cal
Un intercambiador de calor es un equipo que transfiere calor entre dos fluidos separados por una pared metálica. Existen varios tipos clasificados según su construcción, disposición de los fluidos o función. El coeficiente global de transferencia de calor depende de factores como la geometría, suciedad y variación de la temperatura a lo largo del intercambiador.
El documento presenta cuatro tablas que proporcionan información sobre unidades y conversiones, propiedades del agua, propiedades del aire y propiedades de la atmósfera estándar. La tabla 1 lista unidades comunes de medición y factores de conversión entre el sistema inglés y el sistema internacional. Las tablas 2-4 proporcionan valores para propiedades como densidad, viscosidad, tensión superficial y presión de vapor para diferentes sustancias y condiciones.
Laboratory session in Physics II subject for September 2016-January 2017 semester in Yachay Tech University (Ecuador). Topic covered: thermodyinamics, calorimetry, temperature
Based on Bruna Regalado's work
Este capítulo trata sobre las capacidades caloríficas de los gases. Define la capacidad calorífica a presión constante (cp) como la razón de cambio de la entalpía con respecto a la temperatura a presión constante. Define la capacidad calorífica a volumen constante (cv) como la razón de cambio de la energía interna con respecto a la temperatura a volumen constante. Explica las unidades, conversiones y dependencia de cp y cv con respecto a la presión y el volumen.
Este documento presenta 5 problemas relacionados con la tensión superficial y el ascenso capilar. El primer problema determina el ascenso del queroseno en un tubo de vidrio. El segundo problema determina la tensión superficial de un líquido desconocido. El tercer problema calcula la presión dentro de una pompa de jabón. El cuarto problema determina la altura a la que ascenderá una solución acuosa en un árbol debido a la capilaridad. El quinto problema determina la tensión superficial de un líquido desconocido usando una película
Este documento trata sobre los principios de conservación de la energía y los balances de energía. Explica que la energía se conserva pero puede transformarse de una forma a otra, como calor, trabajo, energía química, etc. También describe cómo se pueden aplicar los balances de energía para analizar procesos industriales y maximizar la eficiencia energética. Finalmente, proporciona ejemplos concretos de cómo calcular balances entálpicos y de energía mecánica.
Este documento describe la segunda ley de la termodinámica y su relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Explica que la segunda ley establece que es imposible construir una máquina térmica con una eficiencia del 100% que convierta todo el calor absorbido en trabajo, debido a que siempre se libera una parte del calor a una fuente fría. También presenta dos formulaciones equivalentes de la segunda ley: la de Kelvin-Planck, que afirma que es imposible una máquina térmica que
El documento trata sobre los diferentes mecanismos de transferencia de calor, incluyendo la conducción, convección y radiación. Explica las leyes de Fourier, Newton y Fick que rigen estos fenómenos de transporte de calor, masa y cantidad de movimiento. También describe los conceptos de coeficiente de transferencia de calor, flujo laminar vs turbulento, y aplicaciones combinadas de diferentes mecanismos de transferencia de calor.
Este documento presenta los métodos para calcular la transferencia de calor por convección y radiación. Describe los pasos para calcular el coeficiente de convección por convección natural y forzada, incluyendo el cálculo de números adimensionales como Nusselt, Grashoff y Prandtl. También explica cómo calcular la transferencia de calor por radiación para un crisol y metal fundido, así como factores y áreas de conversión comunes.
Este documento presenta una serie de problemas de transferencia de calor relacionados con diferentes temas como conducción unidimensional y bidimensional, convección forzada y natural, radiación e intercambio térmico. Incluye 10 problemas de muestra con sus respectivas soluciones para que sirvan como ejemplo y guía de resolución de otros problemas similares. El documento proporciona una introducción breve a cada tema y contiene tablas con propiedades termofísicas de diferentes materiales para facilitar los cálculos requeridos.
Este documento trata sobre la transferencia de materia por convección en procesos de separación en ingeniería ambiental. Explica los coeficientes de transferencia de materia, incluyendo coeficientes individuales para una sola fase y coeficientes globales para la transferencia entre fases. También presenta expresiones para calcular la densidad de flujo de materia y tablas con valores típicos de coeficientes de transferencia para diferentes equipos industriales.
La termodinámica estudia la transferencia de energía en sistemas en equilibrio. Se fundamenta en cuatro leyes, incluyendo la ley de conservación de energía y la segunda ley sobre la entropía. La transferencia de calor ocurre a través de la conducción, convección o radiación y se rige por leyes como la ley de Fourier. Los ingenieros aplican estos principios termodinámicos para analizar y diseñar procesos que satisfagan las necesidades humanas de manera eficiente.
1) Se analiza la transferencia de calor unidimensional a través de una placa de cobre comprimida entre dos tableros de madera.
2) Se calcula la conductividad térmica efectiva del tablero compuesto, considerando las resistencias térmicas en serie de cada material.
3) También se determina la fracción del calor conducido a lo largo del tablero que pasa a través de la placa de cobre.
Este documento trata sobre los diferentes tipos y mecanismos de transferencia de calor, incluyendo la conducción, convección y radiación. Explica que la conducción ocurre a través de sólidos, la convección ocurre en líquidos y gases debido al movimiento de moléculas calientes y frías, y la radiación es la transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas sin necesidad de contacto. También describe las leyes y conceptos fundamentales relacionados con cada tipo de transferencia de calor.
Este documento trata sobre los diferentes tipos y mecanismos de transferencia de calor. Explica que existen tres formas principales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. Describe cada uno de estos mecanismos, incluyendo ejemplos. También define conceptos clave como temperatura, energía y calor.
Este documento trata sobre los conceptos básicos de termodinámica y termodinámica biológica, incluyendo la regulación de la temperatura corporal. Explica la temperatura, el calor como una forma de energía, los mecanismos de propagación del calor, las leyes de la termodinámica, y las funciones termodinámicas. El documento proporciona una introducción completa a estos temas fundamentales para comprender los procesos biológicos regulados por relaciones termodinámicas.
Este documento trata sobre los conceptos básicos de termodinámica y termodinámica biológica, incluyendo la regulación de la temperatura corporal. Explica la temperatura, el calor como una forma de energía, los mecanismos de propagación del calor, las leyes de la termodinámica, y las funciones termodinámicas. El documento proporciona una introducción completa a estos temas fundamentales para comprender los procesos biológicos regulados por relaciones termodinámicas.
Este documento describe los tres mecanismos principales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. Explica que la conducción ocurre a través del contacto directo entre objetos, la convección ocurre a través del movimiento de fluidos como gases y líquidos, y la radiación ocurre a través de ondas electromagnéticas sin necesidad de un medio. También proporciona ejemplos e información sobre cómo las propiedades de los materiales afectan cada mecanismo.
Operaciones de transferencia de calor_PatriciaVitalLópezPaty Vital
Este documento describe la importancia de la transferencia de calor en la ingeniería química y los tres mecanismos fundamentales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. La conducción es la transferencia de calor a través de un cuerpo sólido o entre cuerpos en contacto. La convección implica la transferencia de calor a través de un fluido en movimiento. La radiación es la transferencia de calor a través del espacio entre cuerpos que no están en contacto a través de ondas electromagnéticas.
PROCESOS: Transmisión del calor y psicometriamiguelsebastian
Este documento presenta información sobre la transmisión del calor y la psicometría. Explica las tres formas en que se transmite el calor: conducción, convección y radiación. También describe los procesos de calentamiento y los sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire, incluidos los diagramas psicrométricos. El objetivo es enseñar los principios básicos detrás del calor y la humedad para comprender mejor cómo funcionan los sistemas de refrigeración.
El documento habla sobre los principios de la termodinámica. Explica que las máquinas térmicas y frigoríficas se basan en los dos principios de la termodinámica, y que la máquina de vapor se construyó antes de establecer la termodinámica como ciencia. También define conceptos como calor, temperatura y sistema termodinámico, y describe los principios de la termodinámica, incluyendo que no es posible convertir el calor completamente en trabajo para una sola fuente y que los sistem
Este documento resume los principios básicos de la termodinámica, incluidos conceptos como energía interna, calor, trabajo y las leyes de la termodinámica. Explica las aplicaciones de la termodinámica en diversos sistemas de ingeniería y procesos naturales. Además, define diferentes tipos de procesos termodinámicos como procesos isobáricos, isovolumétricos y adiabáticos.
Este documento explica conceptos básicos de la termodinámica. Define la termodinámica como la rama de la física que estudia los efectos de los cambios de temperatura, presión y volumen en sistemas físicos a nivel macroscópico. Describe los tres tipos de sistemas termodinámicos (abierto, cerrado y aislado) y conceptos clave como propiedades, procesos y leyes de la termodinámica. Finalmente, plantea preguntas sobre los conceptos explicados.
El documento presenta la práctica "Aplicación de la ley de Fourier" realizada en el Instituto Tecnológico de Mexicali. La práctica tuvo como objetivo determinar el perfil de temperatura y el coeficiente de conductividad térmica de bronce, aluminio y acero mediante la ley de Fourier. Se describen conceptos como calor, temperatura, mecanismos de transferencia de calor y la ley de Fourier. También se explica el procedimiento experimental que incluyó calentar muestras de los materiales y medir la temperatura en
Los Principios De La TermodináMica Tema 8gueste99c45e
El documento resume los principios fundamentales de la termodinámica. Explica que la termodinámica estudia las variables que definen el estado de un sistema, como la presión, volumen y temperatura. Además, describe los dos principios de la termodinámica, siendo el primero la conservación de la energía y el segundo que la entropía de un sistema aislado siempre aumenta con el tiempo. Finalmente, introduce conceptos como el ciclo de Carnot y su relación con la eficiencia máxima de las máquinas térmicas.
El documento presenta un capítulo sobre energía, transferencia de energía y análisis general de energía. Introduce las distintas formas de energía, incluyendo energía térmica, mecánica, eléctrica, química y nuclear. Explica que la energía se puede transferir a través de calor o trabajo. Luego, analiza los tres mecanismos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. Finalmente, introduce la primera ley de la termodinámica sobre la conservación de la energía y analiza la eficiencia
El documento proporciona información sobre el proceso de transferencia de calor y los mecanismos involucrados. Explica que existen tres mecanismos principales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. También describe los componentes clave de un intercambiador de calor de placas y su operación.
Este documento presenta los principios fundamentales de la transferencia de calor por conducción. Define conceptos clave como calor, trabajo, energía interna y temperatura. Explica que la transferencia de calor ocurre a lo largo de un gradiente de temperatura desde regiones calientes a frías. Describe los tres mecanismos básicos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. Finalmente, aplica la ley de Fourier para calcular la tasa de transferencia de calor a través de paredes planas simples y compuestas.
El documento describe la naturaleza del calor y cómo se ha entendido a lo largo de la historia. Explica que el calor representa la transferencia de energía debido a las diferencias de temperatura, y que históricamente se ha entendido como un fluido (calórico) o como movimiento atómico. También describe los diferentes mecanismos de transferencia de calor (conducción, convección y radiación), y conceptos relacionados como la temperatura y el calor específico.
Este documento describe los principales mecanismos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. La conducción implica la transferencia de energía a través de medios materiales debido a las colisiones entre moléculas. La convección involucra la transferencia combinada de conducción y movimiento de fluidos. La radiación es la transferencia de energía a través de ondas electromagnéticas sin necesidad de un medio.
Este documento describe una práctica de laboratorio sobre la transferencia de calor a través de una barra cilíndrica. El objetivo es medir la conducción de calor en la barra y las pérdidas de calor hacia los alrededores. Se presentan conceptos como calorimetría, ley de Fourier y formas de transferencia de calor. También se describen los pasos para realizar un balance de calor en la barra y determinar el estado estacionario usando ecuaciones que relacionan la conducción y pérdidas de calor.
José Luis Jiménez Rodríguez
Junio 2024.
“La pedagogía es la metodología de la educación. Constituye una problemática de medios y fines, y en esa problemática estudia las situaciones educativas, las selecciona y luego organiza y asegura su explotación situacional”. Louis Not. 1993.
Carnavision: anticipa y aprovecha - hackathon Pasto2024 .pdf
Calor y trabajo
1.
2. TERMODINÁMICA
MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA
SAO PAULO • MADRID • NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO
AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI
SAN FRANCISCO • SINGAPUR • SAN LUIS • SIDNEY • TORONTO
SÉPTIMA EDICIÓN
YUNUS A. ÇENGEL
University of Nevada, Reno
MICHAEL A. BOLES
North Carolina State University
Máximo Cargnelutti
Instituto Tecnológico y
de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Querétaro, México
Javier León Cárdenas
Universidad La Salle,
México
Revisión técnica
Abraham L. Martínez Bautista
Universidad Nacional Autónoma de México
Covadonga Palencia Coto
Universidad de León,
España
Armando Sansón Ortega
Instituto Tecnológico y
de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Toluca, México
Guillermo Eduardo Mejía Hernández
Instituto Tecnológico
de Querétaro, México
Alejandro Rojas Tapia
Universidad Nacional Autónoma de México
Olatz Ukar Arrien
Universidad de Deusto,
España
Ignacio Apraiz Buesa
EHU-Universidad del País Vasco, España
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4. ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
60
2-3 ■
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
POR CALOR
La energía puede cruzar la frontera de un sistema cerrado en dos formas
distintas: calor y trabajo (Fig. 2-13). Es importante distinguir entre estas
dos formas de energía, por lo que primero se analizarán con el propósito de
conformar una base sólida para el desarrollo de las leyes de la termodiná-
mica.
La experiencia nos dice que si se deja sobre la mesa una lata fría de bebida
carbonatada, en algún momento alcanzará la temperatura ambiente, mientras
que una papa horneada caliente se enfriará. Cuando un cuerpo se coloca en un
medio que está a una temperatura diferente, la transferencia de energía tiene
lugar entre el cuerpo y el medio hasta que se establece el equilibrio térmico,
es decir, cuando ambos alcanzan la misma temperatura. La dirección de la
transferencia de energía es siempre del cuerpo con mayor temperatura al de
menor temperatura. Una vez establecida la igualdad de temperatura, termina
la transferencia de energía. En este proceso se afirma que la energía se trans-
fiere en forma de calor.
El calor se define como la forma de energía que se transfiere entre dos
sistemas (o entre un sistema y el exterior) debido a una diferencia de tem-
peratura (Fig. 2-14). Es decir, una interacción de energía será calor sólo si
ocurre debido a una diferencia de temperatura. Entonces se deduce que no
puede haber ninguna transferencia de calor entre dos sistemas que se hallan a
la misma temperatura.
Varias frases de uso común como flujo de calor, adición de calor, rechazo
de calor, absorción de calor, eliminación de calor, ganancia de calor, pérdida
de calor, almacenamiento de calor, generación de calor, calentamiento eléc-
trico, calentamiento mediante resistencias, calentamiento por fricción, calenta-
miento por gas, calor de reacción, liberación de calor, calor específico, calor
sensible, calor latente, calor de desecho, calor del cuerpo, calor de proceso,
sumidero de calor y fuente de calor, no son congruentes con el estricto signifi-
cado termodinámico de calor, término cuyo uso se limita a la transferencia de
energía térmica durante un proceso. Sin embargo, estas frases tan arraigadas
en el vocabulario de científicos y personas comunes generalmente no produ-
cen malentendidos, ya que por lo común son interpretadas apropiadamente y
no de manera literal. (Además, no existen alternativas aceptables para algu-
nas de estas frases.) Por ejemplo, se entiende que “calor corporal” significa el
contenido de energía térmica de un cuerpo. De igual modo, “flujo de calor” se
interpreta como la transferencia de energía térmica no como el flujo de una
sustancia similar a un líquido llamada calor. Aunque incorrecta, esta última
interpretación fue la base de la teoría calórica, la cual dio origen a la frase.
Asimismo, la transferencia de calor hacia un sistema se conoce como adi-
ción de calor mientras que rechazo de calor es la transferencia hacia afuera.
Quizá haya una razón termodinámica para ser tan reacio en sustituir calor por
energía térmica y es que el primero requiere menos tiempo y esfuerzo que el
segundo para decirlo, escribirlo y entenderlo.
El calor es energía en transición y se reconoce sólo cuando cruza la fron-
tera de un sistema. Considere otra vez la papa horneada caliente, la cual con-
tiene energía que sólo es transferencia de calor cuando cruza la cáscara de la
papa (la frontera del sistema) para llegar al aire, según se ilustra en la figura
2-15. Una vez en el exterior, el calor transferido se vuelve parte de la energía
interna de éstos. Así, en termodinámica el término calor significa simplemente
transferencia de calor.
Frontera del sistema
Sistema
cerrado
(m = constante)
Trabajo
Calor
FIGURA 2-13
La energía puede cruzar las fronteras de
un sistema cerrado en la forma de calor
y trabajo.
Aire del ambiente
25 °C
Ninguna
transferencia
de calor
Calor Calor
25 °C 5 °C
8 J/s 16 J/s
15 °C
FIGURA 2-14
La diferencia de temperatura es la fuerza
motriz para la transferencia de calor.
Mientras más grande es la diferencia de
temperatura, mayor es la tasa de transfe-
rencia de calor.
Aire de los
alrededores
Calor
Papa horneada
Energía
térmica
2 kJ
Energía
térmica
2 kJ
Calor
2 kJ
Frontera
del sistema
FIGURA 2-15
La energía se reconoce como transfe-
rencia de calor sólo cuando cruza las
fronteras del sistema.
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5. CAPÍTULO 2
61
Q Q
#
¢t 1kJ2
Q
t2
t1
Q
#
dt 1kJ2
q
Q
m
1kJ>kg2
Un proceso durante el cual no hay transferencia de calor se denomina
proceso adiabático (Fig. 2-16). El término adiabático proviene de la pala-
bra griega adiabatos, que significa “no pasar”. Hay dos maneras en que un
proceso puede ser adiabático: el sistema está bien aislado de modo que sólo
una cantidad insignificante de calor cruza la frontera, o bien, tanto el sistema
como el exterior están a la misma temperatura y por lo tanto no hay fuerza
impulsora (diferencia de temperatura) para la transferencia de calor. Hay que
distinguir entre un proceso adiabático y uno isotérmico: aunque no hay trans-
ferencia de calor durante un proceso adiabático, otros medios como el trabajo
pueden cambiar el contenido de energía y, en consecuencia, la temperatura de
un sistema.
Como forma de energía, el calor tiene unidades de energía, la más común
es el kJ (o Btu). La cantidad de calor transferida durante el proceso entre dos
estados (1 y 2) se denota mediante Q12 o sólo Q. La transferencia de calor de
un sistema por unidad de masa se denota como q y se determina a partir de
(2-14)
En ocasiones es deseable conocer la tasa de transferencia de calor (canti-
dad de calor transferida por unidad de tiempo) en lugar del calor total trans-
ferido durante cierto intervalo de tiempo (Fig. 2-17). La tasa de transferencia
de calor se expresa con Q
.
, donde el punto significa la derivada con respecto al
tiempo, o “por unidad de tiempo”. La tasa de transferencia de calor Q
.
tiene las
unidades kJ/s, equivalente a kW. Cuando Q
.
varía con el tiempo, la cantidad
de transferencia de calor durante un proceso se determina integrando Q
.
sobre
el intervalo de tiempo del proceso:
(2-15)
Cuando Q
.
permanece constante durante un proceso, esta relación se reduce a
(2-16)
donde ⌬t ϭ t2 Ϫ t1 es el intervalo de tiempo durante el que ocurre el proceso.
Antecedentes históricos sobre el calor
El calor siempre se ha percibido como algo que produce una sensación de cali-
dez, por lo que se podría pensar que su naturaleza fue una de las primeras
cosas que la humanidad entendió. No obstante, a mediados del siglo XIX se
llegó a una verdadera comprensión física sobre la naturaleza del calor, gracias
al desarrollo en ese tiempo de la teoría cinética, la cual considera a las molé-
culas como diminutas esferas que se encuentran en movimiento y que por lo
tanto poseen energía cinética. De esta manera, el calor se define como la ener-
gía relacionada con el movimiento aleatorio de átomos y moléculas. A pesar
de que entre el siglo XVIII y principios del XIX se sugirió que el calor es la
manifestación del movimiento a nivel molecular, la opinión prevaleciente sobre
el calor hasta la mitad del siglo XIX se basó en la teoría calórica propuesta en
1789 por el químico francés Antoine Lavoisier (1744-1794). Esta teoría sos-
tiene que el calor es una sustancia llamada calórico similar a un fluido que no
tiene masa, es incoloro, inodoro e insípido y que puede pasar de un cuerpo a
otro (Fig. 2-18). Cuando se añadía calórico a un cuerpo, se incrementaba su
temperatura; cuando se extraía, entonces disminuía. Cuando un cuerpo ya no
Aislamiento
Sistema
adiabático
Q = 0
FIGURA 2-16
Durante un proceso adiabático, un sistema
no intercambia calor con el exterior.
Q = 30 kJ= 30 kJ
m = 2 kg= 2 kg
t = 5 s= 5 sΔ
Q = 6 kW= 6 kW
q = 15 kJ/kg= 15 kJ/kg
CalorCalor
30 kJ30 kJ
FIGURA 2-17
Relaciones entre q, Q y Q
.
.
Superficie
de contacto
Cuerpo
caliente
Cuerpo
frío
Calórico
FIGURA 2-18
A principios del siglo XIX, se consideraba
al calor como un fluido invisible llamado
calórico que fluía de los cuerpos más
calientes a los más fríos.
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6. ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
62
podía contener más calórico, de modo similar a cuando en un vaso con agua ya
no es posible disolver más sal o azúcar, se decía que el cuerpo estaba saturado
con calórico. Esta interpretación dio lugar a los términos líquido saturado y
vapor saturado que aún se usan en la actualidad.
La teoría del calórico experimentó críticas inmediatamente después de su
introducción. Sostenía que el calor es una sustancia que no podía ser creada
ni destruida; sin embargo, se sabía que el calor podía ser generado de modo
indefinido al frotar entre sí las manos o dos trozos de madera. En 1798, el
estadounidense Benjamin Thompson (conde Rumford) (1754-1814) demos-
tró en sus artículos que el calor se genera en forma continua por rozamiento.
Muchos otros pusieron en duda la validez de la teoría del calórico, pero fueron
los cuidadosos experimentos del inglés James P. Joule (1818-1889) publica-
dos en 1843, los que finalmente convencieron a los escépticos de que el calor
no era una sustancia, así que se desechó la teoría del calórico. A pesar de ser
abandonada por completo a mediados del siglo XIX, esta teoría contribuyó en
gran medida al desarrollo de la termodinámica y la transferencia de calor.
El calor se transfiere mediante tres mecanismos: conducción, convección
y radiación. La conducción es la transferencia de energía de las partículas
más energéticas de una sustancia a las adyacentes menos energéticas, como
resultado de la interacción entre partículas. La convección es la transferencia
de energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente que se encuentra
en movimiento, y tiene que ver con los efectos combinados de la conducción
y el movimiento del fluido. La radiación es la transferencia de energía debida
a la emisión de ondas electromagnéticas (o fotones). Al final de este capítulo
se repasan los tres mecanismos de transferencia de calor como un tema de
interés especial.
2-4 ■
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
POR TRABAJO
Al igual que el calor, el trabajo es una interacción de energía que ocurre
entre un sistema y el exterior. La energía puede cruzar la frontera de un sis-
tema cerrado en forma de calor o trabajo; entonces, si la energía que cruza la
frontera de un sistema cerrado no es calor, debe ser trabajo. Es fácil reco-
nocer el calor: su fuerza impulsora es una diferencia de temperatura entre el
sistema y su entorno. Por lo tanto se puede decir simplemente que una inter-
acción de energía que se origina por algo distinto a una diferencia de tempe-
ratura entre un sistema y el exterior es trabajo. De manera 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 giratorio y un cable
eléctrico que cruzan las fronteras del sistema son situaciones que se relacio-
nan con interacciones de trabajo.
El trabajo es también una forma de energía transferida como calor y por lo
tanto tiene unidades de energía como kJ. El trabajo realizado durante un pro-
ceso entre los estados 1 y 2 se denota por W12 o sólo W. El trabajo por unidad
de masa de un sistema se denota mediante w y se expresa como
(2-17)
El trabajo realizado por unidad de tiempo se llama potencia y se denota como
W
.
(Fig. 2-19). Las unidades de potencia son kJ/s, o kW.
W = 30 kJ= 30 kJ
m = 2 kg= 2 kg
t = 5 s= 5 s
W = 6 kW= 6 kW
w = 15 kJ/kg= 15 kJ/kg
TrabajoTrabajo
30 kJ30 kJ
Δ
FIGURA 2-19
Relaciones entre w, W y W
·
.
w
W
m
1kJ>kg2
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7. CAPÍTULO 2
63
Calor y trabajo son cantidades direccionales y la descripción completa de
sus interacciones requieren la especificación de la magnitud y la dirección.
Una forma de hacer esto es adoptar un convenio de signo: generalmente se
acepta para las interacciones de calor y trabajo un convenio de signo formal,
tal que la transferencia de calor hacia un sistema y el trabajo hecho por un
sistema son positivos; la transferencia de calor desde un sistema y el tra-
bajo hecho sobre un sistema son negativos. Otra forma es usar los subíndices
entrada y salida para indicar la dirección (Fig. 2-20), por ejemplo, la intro-
ducción de 5 kJ de trabajo se expresa como Wentrada ϭ 5 kJ, en tanto que una
pérdida de calor de 3 kJ se expresa como Qsalida ϭ 3 kJ. Cuando se desconoce
la dirección de una interacción de calor o trabajo, simplemente se supone una
dirección (con el subíndice entrada o salida) para determinar la interacción.
Un resultado positivo indica que la dirección supuesta es correcta, mientras
que un resultado negativo indica que la relación de la interacción es opuesta
a la dirección preestablecida: es como suponer una dirección para una fuerza
desconocida al resolver un problema de estática, e invertir la dirección cuando
se obtiene un resultado negativo para dicha fuerza. En este libro se utiliza el
método intuitivo, con el que se eliminan las necesidades de adoptar un conve-
nio de signos y de asignar cuidadosamente valores negativos a algunas inte-
racciones.
Observe que una cantidad transferida hacia o desde un sistema durante
una interacción no es una propiedad puesto que la medida de dicha cantidad
depende de algo más que sólo el estado del sistema. El calor y el trabajo son
mecanismos de transferencia de energía entre un sistema y el exterior, y exis-
ten muchas similitudes entre ellos:
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. A diferencia de
las propiedades, ni el calor ni el trabajo tienen significado en un estado.
4. Ambos son función de la trayectoria (es decir, sus magnitudes dependen
de la trayectoria seguida durante un proceso, así como de los estados ini-
ciales y finales).
Las funciones de la trayectoria son diferenciales inexactas que se denotan
por el símbolo d. Así, una cantidad diferencial de calor o trabajo se represen-
ta mediante dQ o dW, respectivamente, en lugar de dQ o dW. Sin embargo,
las propiedades son funciones de estado (es decir, sólo dependen del estado y
no de cómo un sistema llega a ese estado) y son diferenciales exactas desig-
nadas por el símbolo d. Un pequeño cambio de volumen, por ejemplo, se
representa por dV, y el cambio de volumen total durante un proceso entre los
estados 1 y 2 es
Es decir, el cambio de volumen entre los procesos 1 y 2 es siempre el volu-
men en el estado 2 menos el volumen en el estado 1, sin importar la trayecto-
ria seguida (Fig. 2-21). Sin embargo, el trabajo total realizado entre los proce-
sos 1 y 2 es
Ύ
2
1
dW ϭ W12 1no ¢W2
Alrededores
Qentrada
Qsalida
Wentrada
Wsalida
Sistema
FIGURA 2-20
Especificaciones de las direcciones de
calor y trabajo.
V
P
5 m3
2 m3
2
1
Proceso
B
Proceso
A
ΔVA = 3 m3
; WA = 8 kJ
ΔVB = 3 m3
; WB = 12 kJ
FIGURA 2-21
Las propiedades son funciones de punto;
pero el calor y el trabajo son funciones
de la trayectoria (sus magnitudes depen-
den de la trayectoria seguida).
2
1
dV V2 V1 ¢V
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8. ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
64
Es decir, el trabajo total se obtiene siguiendo la trayectoria del proceso y
sumando las cantidades diferenciales de trabajo (dW) efectuadas a lo largo del
trayecto. La integral de dW no es W2 Ϫ W1 (es decir, el trabajo en el estado 2
menos el del estado 1), lo cual carecería de sentido puesto que el trabajo no es
una propiedad y los sistemas no poseen trabajo en un estado.
EJEMPLO 2-3 Combustión de una vela en un espacio aislado
Una vela se consume en una habitación aislada. Considere la habitación (el
aire más la vela) como el sistema y determine a) si hay alguna transferencia
de calor durante este proceso de combustión y b) si hay algún cambio en la
energía interna del sistema.
Solución Se considera la combustión de una vela en una habitación bien
aislada y se determinará si hay alguna transferencia de calor y algún cambio
de energía interna.
Análisis a) Las superficies internas de la habitación forman la frontera del
sistema, según se indica mediante la línea discontinua en la figura 2-22. Como se
señaló, el calor se reconoce cuando cruza los límites. Dado que la habitación
está perfectamente aislada, se tiene un sistema adiabático y ninguna cantidad
de calor cruza las fronteras. Por consiguiente, Q ϭ 0 para este proceso.
b) La energía interna conlleva otras formas de energía (energía cinética de las
moléculas, latente, química, nuclear). Durante el proceso descrito, parte de la
energía química se convierte en energía cinética de las moléculas. Como no
hay aumento o disminución de la energía interna total del sistema, ⌬U ϭ 0
para este proceso.
EJEMPLO 2-4 Calentamiento de una papa en un horno
Una papa a temperatura ambiente (25 ºC) se cocina en un horno que se man-
tiene a 200 ºC, como se ilustra en la figura 2-23. ¿Hay alguna transferencia
de calor durante este proceso?
Solución Se hornea una papa y se determinará si hay alguna transferencia
de calor durante este proceso.
Análisis El problema está mal definido puesto que no se especifica el sis-
tema. Se supondrá que se analiza a la papa, por lo que ésta será el sistema.
Así, se puede considerar que la cáscara de la papa es la frontera del siste-
ma, a la cual atraviesa parte de la energía producida en el horno. Como la
fuerza impulsora para esta transferencia de energía es una diferencia de tem-
peratura, se trata de un proceso de transferencia de calor.
EJEMPLO 2-5 Calentamiento de un horno por transferencia
de trabajo
Un horno eléctrico bien aislado aumenta su temperatura por medio de un
elemento de calentamiento. Si se considera todo el horno como el sistema,
incluido el elemento de calentamiento, determine si se trata de una interac-
ción de calor o trabajo.
Solución Un horno eléctrico bien aislado es calentado y se determinará si
esto es una interacción de trabajo o calor.
Habitación
(Aislamiento)
FIGURA 2-22
Esquema para el ejemplo 2-3.
(Aislamiento)Horno
Calor
Papa
25 °C
200 °C
FIGURA 2-23
Esquema para el ejemplo 2-4.
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