TERMODINAMICALa termodinmica es la ciencia de la transformacin del calor del trabajo y de las propiedades de la materia relacionadas a esta transformacin.La termodinmica se puede definir como la ciencia de la energa. Aunque todo el mundo tiene idea de los que es energa, es difcil definirla de forma precisa. La energa se puede considerar como la capacidad para causar cambios.El termino termodinmica proviene de las palabras griegas THERME--- CALOR DYNAMIS---FUERZA lo cual corresponde a lo ms restrictivo de las primeras esfuerzos por convertir el calor en energa.En la actualidad el concepto se interpreta de manera amplia para encubrir los aspectos de energa, incluido la generacin de potencia la refrigeracin y las relaciones entre las propiedades de la materia.Una de las ms importantes y fundamental de la naturaleza es el principio de la observacin de la energa este expresa que durante una interaccin, la energa puede cambiar de una forma a otra su cantidad total permanece constante.Es decir, la energa no se crea ni se descubre solo se transforma.

La termodinmica es una ciencia axiomtica que se desarrolla en base a cuatro leyes fundamentales: La ley cero La primera ley La segunda ley La tercera leyLA LEY DE CERO.- Trata del equilibrio trmico y del concepto de (termodinmica) temperatura.

La primer ley establece que la energa no se crea ni se destruye solo se transforma en el principio de conservacin de la energa.

LA SEGUNDA LEY.- Introduce el concepto de entropa, en que se puedan realizarse las transformaciones de la energa, afirma que la energa tiene calidad as como cantidad, y los procesos reales acurren hasta donde disminuye la calidad de energa.Ejemplo. El caf la temperatura se mantiene constante.

LA TERCERA LEY.- Define la entropa o en el sentido absoluto.SISTEMA DE UNIDADES.Las dimensiones de cualquier entre fsico pueden ser expresadas en base a un conjunto de bases, tales como la masa, longitud, tiempo, temperatura, etc.,Las dimensiones primarias de acuerdo al sistema de unidades (si) son:

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IXIXVIIIVIIVIVIVSem. De tesisPracticas pre profesionalesDiseo de plantes regenerativosLegislacin Normalizacin ambientalMonitoreo y control ambientalGestin y calidad AmbientalEvaluacin de impactos ambientalesSeminarios de tesis IElectivoElaboracion y evaluacin de proyectosProcesos Industriales y teclgs. limpiasModelamiento y simulacin de sistemas amb.Manejo de residuos SolidosMetodologa de la investigacin cientificaFuentes de energia nuevas y renovadasIngles IVEnergia y medio ambienteTecnica de precencion y mitigacin amb.Contaminacin del aguaIngenieria de Bioprocesos ambientalesCont. De aire y acsticas.Contaminacin de sueloIngles IIIMecnica de FluidosHidrologa y deconografiaOperaciones unitarias en ing ambientalEconoma AmbientalMtodos Modernos d anlisis Contamts.Evaluacin y prev. De riesgos ambienteslestica Moral ProfesionalTermodinmica GeneralEconoma GeneralEcologa IIFsico/Qumica de procesos ambientalesBioqumica y Microbiologa AmbientalMtodos numricos y prog. DigitalFoto Geomtrica foto interpretacinBalance de materia y energaEcologa IFsica IIIQumica ambientalCalculo IVDibujo y diseo a por computadoraHistoria de la filosofa del arteInformacin de riesgos ambientalesGeologa GeneralIIIIII

Audt. Amb.Meteorologa y ClimatologaFsica IIQumica IIDibujo de IngenieraCastellano I ElocucinCastellano IIRedaccinIntroduccin a la Ingeniera ambientalFsica IMatemtica bsicaQumica ICalculo IICalculo IIIInformtica IIBiologa GeneralCalculo lInformtica I

Defensa nacional

GestionEmp.PoliticaAmb.Seg. Higiene indt.m.a

Estadstica

ElectivoIngles IIInglesElectivoTopografa General

DIMENSIONUNIDAD

Masa=MLongitud=LTiempo=TKilogramo (kg)Metro (m)Segundo (s)

UNIDADES DERIVADASTomando como dimensin primaria la ms, la fuerza resulta ser una dimensin derivada, ya que de acuerdo a la segunda Ley de newton se define.

[Fr]=[m].[a]

PESO: No es ms que la fuerza ocasionada por la aceleracin de la gravedad al activar sobre todo cuerpo.W=M.G (J)[w]=[F] *[D]

POTENCIA: Watt (W)La unidad de potencia en los sistemas de internacional de unidades es el watt (w)

ENERGIA: L a energa en todas sus formas es decir color, trabajo, energa cintica, energa potencial, etc. De acuerdo al sistema internacional de unidades se mide en jaule.W=F.D11=1n.mPRESION: La presin es una fuerza por unidad de rea.

Para obtener la informacin completo se recomienda referirse a las normas.INTECTEC 811.004: Principio de escritura de los nmeros, unidades, smbolos.INTECTEC 821.003: Sistema internacional de unidades y recomendaciones para el uso de sus mltiplos y de algunos otros unidades.INTECTE: Instituto de investigacin tecnolgica industrial y de normas del Per.

PREFIJOS MULTIPLOS.

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FACTORES DE CONVERSIONSISTEMA TERMODINAMICO Y VOLUMEN DE CONTROLSe define como sistema que contiene una masa fija de una sustancia y que se aisla con fines de estudio. Todo lo que queda fuera del sistema se conoce como medio externo. La separacin entre el sistema y el medio externo puede ser una pared solida o una superficial imaginaria y se le conoce como lmite o frontera del sistema.Por ejemplo:

Lmite o frontera del sistema

Sistema termodinmico lo que se encuentra dentro

SISTEMA AISLADO: Es aquel que no es influencia de par medio externo, es decir es aquel en el que no existe ninguna forma de energa, calor, trabajo, etc., que cruza el lmite del sistema.SISTEMA AISLADO TERMADINAMICAMENTE O ADIABATICO.Es aquel en el que no existe transferencia de calor a travs de los lmites.VOLUMEN DE CONTROL.El concepto de volumen de control es ms amplio. Al igual que el sistema es una porcin de espacio pero existe flujo masa que cruza el lmite impuesto para el anlisis.En este caso el lmite de conoce como superficie de control.

Superficie de control

En el caso general la masa que existe dentro del volumen de control casi como sus propiedades pueden ser variables con el tiempo.Al conjunto del volumen de control + el medio externo= se le conoce con el nombre de universo.PROPIEDADES DE LA SUSTANCIA. El estado de equilibrio de una sustancia en un instante, determinado se define por caractersticas observables llamados funciones de estado, coordenados termodinmicos, para metros de estado funciones de punto o simplemente propiedades.En resumen las propiedades son parmetros que definen el estado en que se encuentra una sustancia. Son propiedades por ejemplo:La presin, la temperatura, la densidad la viscosidad, etc.Las propiedades pueden ser dos grupos.PROPIEDADES INTENSIVAS. Son aquellos que no dependen de la masa. La temperatura es una propiedad intensiva y aunque por ejemplo:Si tenemos un bloque de metal a una temperatura T y dividimos este bloque en dos mitades, cada parte tendra la misma temperatura a pesar que la masa a reducido a la mitad.PROPIEDADES EXTENSIVAS. Son aquellos que dependen de la masa, de volumen.SISTEMA DE UNIDADES Sistema internacional de Unidades (SI)Las dimensiones fundamentales del sistema internacional de unidades son la masa la longitud del tiempo.DIMENSIONUNIDAD

Masa (M)Kilogramo (Kg)

Longitud (L)Metros (n)

Tiempo (T)Segundo (S9

FuerzaNewton (N)

PotenciaWatt (W)

PresinPascal (Pa)

EnergaJoules (j)

SISTEMA INGLESLas dimensiones fundamentales del sistema ingles son la fuerza, la longitud y el tiempo, la masa es considerada como una dimensin derivada.DIMENSIONUNIDAD

Fuerza (f)Libra(Ib)

Longitud (l)Pies (Ft)

Tiempo (t)Segundo (S)

MasaSlug

PROCESOS Y CICLOS:

FSiempre que exista un cambio en las propiedades de una sustancia existir un cambio de estado.

GAS

PROCESO: Es la trayectoria que se sigue durante un cambio de estado.

CICLO: se denomina ciclo termodinmico a una sucesin de procesos en donde el ltimo de los procesos trmica en el estado del primero.

PROCESO REVERSIBLE: E s un procesos realizado de un estado 1 a un estado 2 puede retornar al mismo estado inicial 1, siguiendo la misma trayectoria y sin producir cambiar en el sistema o en el medio externo.PROCESO IRREVERSIBLE: E s aquel que no cumple las condiciones establecidas para un proceso irreversible.PROCESO CUASI ESTATICO: Es aquel que se produce a travs de una sucesin de estados de equilibrio es decir es un proceso que se realiza con diferencia de potenciales infedecimales. Siendo las diferencias da potenciales muy pequeas, todo proceso cuasi esttico tiene que tener una gran duracin contraria invirtindose el proceso en todo sus detalles y llegando a su estado inicial las condiciones cuasi estticas son necesaria para que un proceso sea irrevisible.DENSIDAD: (P)

PESO ESPECIFICO: ( R) (W)

RELACION ENTRE: P Y R

VOLUMEN ESPECFICO: (r)

PESO MOLECULAR: (M).- Es definido como la masa de un mol de atomas de una determinada sustancia.

Donde: N= peso, molecular.N=MasaN=numero de moles.

TEMPERATURA: La Temperatura es una propiedad de la materia que est relacionada con la sensacin de calor o fro que se siente en contacto con ella. Cuando tocamos un cuerpo que est a menos temperatura que el nuestro sentimos una sensacin de fro, y al revs de calor. Sin embargo, aunque tengan una estrecha relacin, no debemos confundir la temperatura con el calor.Cuando dos cuerpos, que se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto, se producen una transferencia de energa, en forma de calor, desde el cuerpo caliente al fro, esto ocurre hasta que las temperaturas de ambos cuerpos se igualan. En este sentido, la temperatura es un indicador de la direccin que toma la energa en su trnsito de unos cuerpos a otros.

La medidaEl instrumento utilizado habitualmente para medir la temperatura es el termmetro. Los termmetros de lquido encerrado en vidrio son los ms populares; se basan en la propiedad que tiene el mercurio, y otras sustancias (alcohol coloreado, etc.), de dilatarse cuando aumenta la temperatura. El lquido se aloja en una burbuja -bulbo- conectada a un capilar (tubo muy fino). Cuando la temperatura aumenta, el lquido se expande por el capilar, as, pequeas variaciones de su volumen resultan claramente visibles.EscalasActualmente se utilizan tres escalas para medir al temperatura, la escala Celsius es la que todos estamos acostumbrados a usar, la Fahrenheit se usa en los pases anglosajones y la escala Kelvinde uso cientfico.En el caso de la escala Centgrado la unidad de medida corresponde a 1/100 entre el punto triple del agua y la temperatura de ebullicin del agua a 1 atmsfera de presin.Para la escala Fahrenheit su unidad de medida se define como 5/9 de 1C. Antiguamente el 100F corresponda a la temperatura media del cuerpo humano (reflejo de la formacin mdica de su creador). As alguien tiene fiebre cuando est sobre 100F!En lo recin visto se constata de que la escala Fahrenheit tiene puntos de referencia pocos precisos, a diferencia de la escala Centgrado. Esto hace que actualmente la escala Fahrenheit tenga su referencia real en la Centgrado.Para pasar de grados Centgrado a grados Fahrenheit, usar la siguiente conversin:F = 9/5C + 32Para pasar de grados Fahrenheit a grados Centgrado, usar la siguiente conversin:C = (F - 32)5/9

La escala absoluta de temperaturas parte de la existencia del 0 absoluto. Veremos que la existencia de una escala absoluta de temperaturas es consecuencia del Segundo Principio de la Termodinmica. Por el momento basta recordar los siguientes puntos bsicos: Existen dos unidades bsicas para medir temperatura en forma absoluta: el grado Kelvin [K]y el grado Rankine [R]. En magnitud 1K = 1C y 1R = 1F. El 0K = -273,16C Es la temperatura ms baja posible.PRESION

LEY CERO DE LA TERMONINAMICACuando tocamos un objeto, el sentido del tacto nos proporciona la sensacin que calificamos como caliente y fro es decir decimos que un cuerpo est a mayor o menor temperatura que otro. Las variaciones de temperatura las apreciamos por los cambios de intensidad de la sensacin de calor pero este procedimiento de naturaleza cualitativa no nos permite el acceso a su medicin por lo que es necesario estudiar los conceptos que nos llevan a la descripcin de los diversos procedimientos de medida de la temperatura. El estado de un sistema est fijado por los valores de parmetros caractersticos del mismo. Estos parmetros son las propiedades. Consideremos un sistema A cuyo estado viene determinado por el valor de una longitud. Figura 1.17

Fig. 1.17 Sistema cuyo estado viene determinado por una longitud

El estado del sistema se determina anotando la longitud de la columna de lquido medida desde un nivel de referencia elegido arbitrariamente. La longitud L constituye la propiedad medible. Consideremos un segundo sistema B cuyo estado viene determinado por el valor de la presin P. Figura 1.18.

Fig. 1.18 Sistema cuyo estado viene determinado por la presin.

Si los sistemas A y B se ponen en contacto a travs de una pared adiabtica no existir interaccin trmica pero si la pared es diatrmica se producir una interaccin trmica entre ambos sistemas, que traer consigo el cambio de los valores iniciales de L y P hasta alcanzar unos valores fijos (vase la Figura 1.19). Como conclusin, cuando dos sistemas estn separados por una pared diatrmica interactan mutuamente hasta alcanzar un estado de equilibrio trmico.

Fig. 1.19. Sistemas A y B en contacto.

Representemos ahora dos sistemas A y B separados por una pared adiabtica y cada uno de ellos en contacto con un tercer sistema C cerrndose todo el conjunto por una pared adiabtica.

Fig. 1.20. Sistemas A y B en equilibrio trmico con C.

La experiencia demuestra que los sistemas llegan a alcanzar el equilibrio trmico con C, y que, si la pared adiabtica que separa a A de B se reemplaza por una pared diatrmica no tiene lugar ningn otro cambio. Este hecho experimental confirma la conocida ley cero de la Termodinmica que se puede enunciar as: Dos sistemas en equilibrio trmico con un tercero estn en equilibrio trmico entre s.EJERCICIOSProblema 1. En su luna de miel, James Joule viaj de Inglaterra a Suiza. Trat de verificar su idea de la convertibilidad entre energa mecnica y energa interna al medir el aumento en temperatura del agua que caa de una catarata. Si el agua de una catarata alpina tiene una temperatura de 10C y luego cae50 m (como las cataratas del Nigara), qu temperatura mxima podra esperar joule que hubiera en el fondo de las cataratas?

Problema 2. Considere el aparato de joule descrito en la figura 20,1. La masa de cada uno de los dos bloques es de 1.5 kg, y el tanque aislado se llena con 200 g de agua. Cul es el aumento de la temperatura del agua despus que los bloques caen una distancia de 3 m?

Calor especfico y calorimetra

Problema 3. La temperatura de una barra de plata sube 10C cuando absorbe 1.23 kj de energa por calor. La masa de la barra es de 525 g. Determine el calor especfico de la plata.

Problema 4. Una muestra de 50 gr de cobre est a 25C. Si 200 j de energa se le agregan por calor, cul es la temperatura final del cobre?

Problema 5. - Si se vierte agua con una mh a una temperatura Th en una taza de aluminio de masa mAl que contiene una masa mc de agua a Tc donde Th > Tc cul es la temperatura de equilibrio del sistema?

SUSTANCIA PURAEs toda sustancia que tiene su composicin qumica homognea e invarianteEjemplo: el agua, el nitrgeno, el oxgeno, el amonaco y muchos mas.La sustancia pura puede presentarse en distintas fases: slido, lquido y gaseosa. Dependiendo de los valores de presin y temperatura una sustancia puede estar como slido, lquido o vapor o presentarse en dos o tres fases a la vez.CAMBIOS DE FASE

Existen en la naturaleza muchas situaciones en que dos fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. El agua existe como lquido y vapor dentro de una olla de presin. El agua slida o hielo a la temperatura y presin normales del ambiente comienza su proceso de condensacin. A pesar de que todas las fases de las sustancias son importantes, solo se estudiarn las fases lquido y vapor y su mezcla.En el estudio de la sustancia pura se toma como ejemplo el agua por ser una sustancia muy familiar.

TEMPERATURA DE SATURACIN Y PRESIN DE SATURACIN

La temperatura y presin de saturacin son aquellas en donde ocurre la ebullicin de una sustancia pura. Para una presin de saturacin existe un nico valor de temperatura de saturacin y viceversa. Para el agua, a una presin de 101.35 kPa la temperatura de saturacin es 100C. En sentido inverso, a una temperatura de 100C la presin de saturacin es 101.35 kPa. La grfica de Psat contra Tsat da una curva caracterstica para cada sustancia pura y se conoce como curva de saturacin de lquido-vapor. Figura 1.27.

Fig. 1.27 Curva de saturacin lquido-vapor de una sustancia pura (los valores numricos corresponden al agua).

En la Figura 1.27 se puede observar que la temperatura de saturacin aumenta con un incremento de la presin. Cuando se cocina, las temperaturas de ebullicin ms altas implican tiempos de coccin ms cortos y ahorros de energa. Por ejemplo, cuando se cocina en una olla de presin la temperatura de ebullicin es superior a los 100C ya que la presin que se consigue en una olla de presin es superior a los 101.35 kPa. En aquellos sitios que se encuentran por encima del nivel del mar, la presin atmosfrica disminuye en la medida que se asciende as como la temperatura de saturacin por lo que el tiempo de coccin en estos sitios es mayor.

DIAGRAMAS DE ESTADO Y DIAGRAMA DE FASE

Los diagramas de estado permiten representar los distintos cambios de estado que experimentan las sustancias. Estos son los diagramas P-v y T-v. El diagrama de fase nicamente representa las tres fases para cualquier sustancia. Este es el diagrama P-T.

Diagrama T-v

El diagrama T-v se obtiene de la proyeccin de la superficie PvT (Figura 1.28) en el plano T-v. La proyeccin resultante sobre un plano paralelo a los ejes T-v se muestra en la Figura 1.29. En este diagrama tanto las regiones de una y dos fases aparecen como reas.

Fig. 1.28 Superficie P-v-T de una sustancia que se expande al congelarse (como el agua).

Es comn que dos fases estn en equilibrio, pero en algunas condiciones las tres fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. En los diagramas P-v o P-T, estos estados de fase triple forman la lnea triple. Los estados de una sustancia sobre la lnea triple tienen la misma presin y temperatura, pero diferentes volmenes especficos. La lnea triple aparece como un punto sobre los diagramas P-T y, por tanto, suele denominarse punto triple.

Fig. 1.29 Figura T-v de una sustancia pura.

Los estados de lquido saturado en la Figura 1.29 pueden conectarse mediante una lnea, lnea de lquido saturado, y los estados de vapor saturado en la misma figura pueden conectarse mediante la lnea de vapor saturado. Estas dos lneas se alcanzan en el punto crtico, formado un domo como muestra la Figura 1.29. El punto crtico se define como el punto al cual los estados de lquido saturado y de vapor saturado son idnticos. La temperatura, la presin y el volumen especfico de una sustancia en el punto crtico se denominan, temperatura crtica Tcr , presin crtica Pcr y volumen especfico crtico vcr. Las propiedades del punto crtico del agua son Pcr=22.09 Mpa, Tcr=374.14 C y vcr=0.003155 m3/kg.

DIAGRAMA P-V

El diagrama P-v se obtiene de la proyeccin de la superficie P-v-T (Figura 1.28) en el plano P-v (Figura 1.30). La forma general del diagrama P-v de una sustancia pura es similar al diagrama T-v, pero las lneas de T=constante sobre este diagrama presentan una tendencia hacia abajo, como muestra la Figura 1.30. Tanto en el diagrama T-v como en el diagrama P-v las regiones de una y dos fases aparecen como reas. La lnea de lquido saturado representa los estados de la sustancia tales que cualquier adicin infinitesimal de energa a la sustancia a presin constante cambiar una pequea fraccin de lquido en vapor. De modo semejante, al sustraer energa de la sustancia en cualquier estado que cae dentro de la lnea de vapor saturado origina una condensacin del vapor, mientras que la adicin de energa sobrecalienta al vapor. La regin de dos fases, que se denomina lquido y vapor saturados y que queda entre las lneas de lquido saturado y vapor saturado, generalmente se llama regin hmeda o bveda hmeda.

Fig. 1.30 Diagrama P-v de una sustancia pura.

DIAGRAMA P-T

La Figura 1.31 muestra el diagrama P-T de una sustancia pura, llamado diagrama de fase puesto que las tres fases se separan entre s mediante tres lneas.

Fig. 1.31 Diagrama P-T de sustancias puras.

Resulta de la proyeccin de la superficie PvT de una sustancia sobre el plano P-T. La lnea de sublimacin separa las regiones slida y de vapor, la lnea de vaporizacin divide las regiones lquida y de vapor, y la lnea de fusin separa las regiones slida y lquida. Estas tres lneas convergen en el punto triple, donde las tres fases coexisten en equilibrio. La lnea de vaporizacin finaliza en el punto crtico porque no se pueden distinguir las fases lquida y de vapor arriba del punto crtico. Las sustancias que se expanden y contraen al congelarse difieren solo en la lnea de fusin en el diagrama P-T.LA SUPERFICIE P-V-T

Desde el punto de vista matemtico, cualquier ecuacin con dos variables independientes en la forma z=z(x,y) representa en un espacio tridimensional una superficie rectangular, por tanto, es posible representar el comportamiento P-v-T de una sustancia como una superficie en el espacio, como muestra la Figura 1.28. Todos los puntos sobre la superficie representan estados de equilibrio. La totalidad de los estados a lo largo de la trayectoria de un proceso yacen sobre la superficie P-v-T, puesto que tal proceso debe pasar por estados de equilibrio. Las regiones de una fase aparecen como superficies curvas sobre la superficie P-v-T, y las regiones de dos fases como superficies perpendiculares al plano P-T. Era de esperarse puesto que las proyecciones de las regiones de dos fases sobre el plano P-T son lneas. Todos los diagramas bidimensionales vistos hasta ahora, slo son proyecciones de esta superficie tridimensional sobre los planos apropiados.

TABLAS DE PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS

Para la mayora de las sustancias las relaciones entre las propiedades termodinmicas son demasiado complejas, como para expresarse por medio de ecuaciones simples. Por tanto, las propiedades se presentan en la forma de tablas. Algunas propiedades termodinmicas pueden medirse con finalidad pero con otras no es posible hacerlo de manera directa y se calculan mediante las relaciones que las vinculan con propiedades medibles. Los resultados de estas mediciones y los clculos se presentan en tablas con un formato conveniente. En el siguiente anlisis, se utilizarn tablas de vapor, para mostrar el uso de tablas con propiedades termodinmicas. Las tablas de propiedades de otras sustancias se utilizan de la misma manera. Para cada sustancia, las propiedades termodinmicas se listan en ms de una tabla. Se prepara una tabla para cada regin, como las de vapor sobrecalentado, lquido comprimido y saturada (regin hmeda).

a) Lquido Saturado y Vapor Saturado: Tablas de Saturacin

El subndice f se emplea para denotar propiedades de un lquido saturado y el subndice g, para las propiedades de vapor saturado. Otro subndice utilizado es fg, el cual denota la diferencia entre los valores de vapor saturado y lquido saturado de la misma propiedad. Figura 1.29 y 1.30. Ejm,vf : volumen especfico del lquido saturadovg : volumen especfico del vapor saturadovfg : diferencia entre vg y vf

b) Mezcla Saturada de Lquido-Vapor

En el proceso de evaporacin, una sustancia pasa de su condicin de lquido saturado a vapor saturado por lo que la sustancia existe como parte lquida y como parte vapor. Esto es, es una mezcla de lquido y vapor saturados. Figura 1.29 y 1.30. Para analizar esta mezcla de manera apropiada, es necesario conocer las proporciones de las fases lquida y de vapor en la mezcla. Esto se obtiene al definir una propiedad llamada la calidad x como la razn entre la masa de vapor y la masa total de la mezcla.

Donde

La calidad tiene importancia slo dentro de la campana. No tiene significado en las regiones de lquido comprimido o vapor sobrecalentado. Su valor se encuentra entre 0 y 1 . Para calcular las propiedades de la sustancia dentro de la regin lquido-vapor, se debe conocer el porcentaje de vapor saturado presente en la mezcla lquido-vapor es decir, el valor de la calidad. En una mezcla saturada de lquido-vapor, el volumen ocupado por la mezcla se puede expresar como:

Como

sustituyendo en 1.49 se puede escribir la siguiente expresin:

dividiendo por la masa:

Observe que la relacin m g /m representa el porcentaje en masa de vapor saturado en la mezcla y es lo que se conoce como calidad, mientras que la relacin m f /m representa el porcentaje en masa de lquido saturado en la mezcla y se denomina humedad, pudindose expresar como (1-x).

As, la expresin 1.51 para el volumen especfico de la mezcla saturada lquido-vapor, queda de la siguiente forma:

La ecuacin 1.53 se puede generalizar para calcular cualquier propiedad especfica dentro de la regin lquido-vapor:

c) Vapor sobrecalentado

El vapor sobrecalentado se encuentra en la regin derecha de la lnea de vapor saturado. Figura 1.29 y 1.30. Como la regin de sobrecalentamiento es de una sola fase, se necesitan dos propiedades intensivas par fijar o definir el estado de equilibrio. Las tablas de vapor sobrecalentado presentan el volumen especfico y otras propiedades especficas como funcin de la presin y la temperatura.

d) Lquido subenfriado o comprimido

El lquido comprimido se encuentra en la regin izquierda de la lnea de lquido saturado. Figura 1.29 y 1.30. 0La literatura no ofrece gran cantidad de datos en forma de tablas para los lquidos comprimidos o subenfriados. La variacin de las propiedades del lquido comprimido debido a la presin es muy ligera, mientras que con la temperatura muestran mayor dependencia. En la mayora de los casos, cuando no se dispone de tablas de lquido comprimido para una sustancia pura, los datos sobre el lquido comprimido se pueden aproximar bastante al usar valores de las propiedades del estado lquido saturado a la temperatura dada. Esto implica que los datos del lquido comprimido dependen ms de la temperatura que de la presin.

Cambio de fase lquida a fase vapor, a presin constante, de una sustancia pura.

REPRESENTACIONES DE Pv Y DE PT

Los diagramas del proceso son una ayuda importante en la resolucin de problemas. En la Figura 1.32 se muestran las grficas para cuatro procesos diferentes en los diagramas Pv y PT

Vapor sobrecalentado se enfra a presin constante hasta que empiece a formarse lquido.

Una mezcla de vapor y lquido con calidad del 60% se calienta a volumen constante hasta que su calidad sea de 100%.

Una mezcla de lquido y vapor con calidad del 50% se calienta a temperatura constante de 200 C hasta que su volumen es 5 veces el volumen inicial.

El refrigerante 12 se calienta a presin constante desde lquido saturado hasta que su calidad es 50%.

SUPERFICIE EN TERMODINMICADIAGRAMA DE FASE: E s un tipo de grafico que muestra las condiciones de equilibrio entre las fases termodinmicamente distintos.

DESCRIPCINLos componentes comunes de unas lneas de diagrama de fase de equilibrio son la fase que se refiere a las lneas de las condiciones en que pueden coexistir varias fases y equilibrio las transiciones de fase ocurren a lo largo de lneas de equilibrio.

Los diagramas de fase son representaciones grficas de cuales fases estn presentes en un sistema material en funcin de la temperatura, la presin y la composicin. Son representaciones grficas de las condiciones termodinmicas de equilibrio. El estado de equilibrio de un sistema es aquel en el cual sus propiedades no cambian con el tiempo, a menos que se ejerza una alteracin de la temperatura, la presin o la composicin, o la aplicacin de fuerzas externas de tipo elctrico, magntico, etc. La base de todo el trabajo sobre los diagramas de equilibrio es la regla de fases de Willard Gibbs. El diagrama, tambin conocido como diagrama de fase o diagrama de equilibrio es esencialmente una expresin grfica de la regla de fases. La ecuacin siguiente presenta la regla de fases en la forma matemtica usual: F + L = C + 2

DIAGRAMA DE FASE EN 2DSon mas simples diagramas de fase sn diagramas presion-temperatura de uma nica substncia, tais como gua. Os eixos correspondem a presso e temperatura. O diagrama de fase mostra, em espao presso-temperatura, as linhas de equilbrio ou contornos de fase entre as trs fases de slido, lquido e gs.

Um tpico diagrama de fase. A linha pontilhada d o comportamento anmalo da gua. As linhas verdes marcam o ponto de congelamento e a linha azul o ponto de ebulio, mostrando como tais grandezas variam de acordo com a pressoAs curvas sobre o diagrama de fase mostram os pontos onde a energia livre (e outras propriedades derivadas) torna-se no-analtica: seus derivados, com relao s coordenadas (temperatura e presso, neste exemplo) mudam descontinuamente (abruptamente). Por exemplo, a capacidade trmica de um recipiente cheio de gelo vai mudar abruptamente com o recipiente sendo aquecido aps o ponto de fuso...

Os espaos abertos, onde o energia livre analtica, correspondem a regies de fase nica. Regies monofsicas so separadas por linhas no analticas, onde transies de fase ocorrem, que so chamados contornos ou limites de fase.

DIAGRAMA DE FASE EN 3D possvel vislumbrar grficos tridimensionais (3D) mostrando trs grandezas termodinmicas.5 6 7 Por exemplo, para um nico componente, um sistema de coordenadas cartesianas de grfico tipo 3D pode mostrar a temperatura (T) em um eixo, a presso (P) em um segundo eixo, e o volume especfico (v) em um tero. Um tal grfico 3D s vezes chamado de diagrama P-v-T, ou comumente, PVT. As condies de equilbrio seriam mostrado como uma superfcie curva em 3D com reas de coexistncia de fases slido, lquido e vapor e as reas onde slido e lquido, slido e vapor ou lquido e vapor encontram-se equilbrio. Uma linha na superfcie chamada uma linha tripla onde slido, lquido e vapor podem todos coexistir em equilbrio. O ponto crtico continua a ser um ponto sobre a superfcie, mesmo em um diagrama de fases em 3D.

Uma projeo ortogonal do grfico P-v-T 3D mostrando presso e temperatura como os eixos vertical e horizontal efetivamente colapsa a imagem 3D em um diagrama 2D de presso e temperatura. Quando isso acontece, as superfcies apor-slido, slido-lquido e lquido-vapor colapsam em trs linhas curvas reunidas correspondentes ao ponto triplo, que a projeo ortogonal colapsada da linha tripla.

El diagrama PVT es la representacin en el espacio tridimensional Presin - Volumen especfico - Temperatura de los estados posibles de un compuesto qumico.

Estos estados configuran en el espacio PVT una superficie discontinua, debindose las discontinuidades a los cambios de estado que sufre el compuesto al variarse las condiciones de presin y temperatura, que son las variables que suelen adoptarse como independientes en los estudios y clculos termodinmicos, principalmente por la relativa sencillez de su medida.

Las superficies delimitan las zonas de existencia de la fase slida, la fase lquida y la fase gaseosa.

Ntese que para una fase dada P, V y T estn relacionados por la ecuacin de estado (tal como la ecuacin de los gases perfectos o la ley de deformacin elstica para los slidos). Existe un cuarto parmetro, n, la cantidad de sustancia, responsable de que no existan zonas prohibidas en el diagrama variando simultneamente P, V y T.

Si la presin incrementa el cambio de fase se produce a una mayor temperatura. Se por el punto donde se produce la evaporacin para la presin P2 igualmente si se baja la presin a un valor Pa, la evaporacin se produce a menos temperatura.

Esta lnea nos dar cada presin la temperatura de saturacin corresponde para cada temperatura.

TABLA CONSTANTE CRITICOS DE ALGUNAS SUSTANCIAS.HHHH

TABLA CONSTANTE CRITICOS DE ALGUNAS SUSTANCIAS.SUSTANCIATC (K)Pc(MP)Vc(CM3/K)

AGUANITROGENOOXIGENOAMONIACOFREON 12DIOXIDO DE CARBONOHELIOHIDROGENOMETONO677.3126.2154.8405.5389.7304.25.333.3191.122.093.395.0811.284.017.390.231.34.640.05680.08990.07800.07240.21790.09430.05780.06490.0993

En el diagrama de vs volumen es importante observar la tendencia que tiene las lneas de temperatura constante. Estas lneas son determinads, trazando una serie de procesos de evaporacin a p= cte (similares a las fases (a.b.c.d) y leugo se unen los puntos de igual temperatura.

PROPIEDAD DE UNA MEZCLA VAPOR LIQUIDO.Toda mezcla de vapor de liquido en equilibrio necesariamente se encuentra a las condiciones de cambio de fase (presion y temperatura de saturacion) en este caso, como la presion y la temperatura no son propiedades independientes, es necesario dar alguna otra propiedad o parametro que permita identificar un estado dado. Para la mezla vapor liquido o vapor humedo los parametros mas inplicada con la calidad y humedad.LA CALIDAD O TITULO (X)La calidad tambien conocida como titulo de un vapor humedo no es mas que la fraccion o porcentaje masa de vapor existente en una mezcla liquida vapor.HUMEDAD (Y)

La humedad viene a ser la fraccion en masa, correspondiente al liquido.Mg=masa de vaporMf=masa de liquido n=mg+mfMt= masa total

PROPIEDADES DE UN VAPOR HUMEDO.Propiedades especificas es todo aquello que esta referida a la unidad de masa de la sustancia por ejemplo el volumen especifico, es el volumen por unidad de masa.

Como las tablas de vapor dan las unidades unicamente para vapor saturado y liquido saturado mas no para mezclas deduciremos expresiones que nos permitan determinar las propiedades especificas de una mezcla liquida vapor (vapor humedo) en funcion de los valores dados por las tablas y de la calidad y humedad. Para esta sea:N= propiedad especifica cualquieraNf= Propiedad N corresponde al liquido saturadoNg=la propiedad n correspondiente al vapor saturadoNg= la propiedad n correspondiente al vapor saturadoM= masa de liquido saturadoMg= massa de vapor saturadoMt=masas total mt=mf+mg

Donde:Ni: es la propiedad para toda la masaI: cualquier de las fases o de la mezcla totalJuego para una mezcla de las fases liquido vapor. La propiedad N para toda la mezcla sera:N= mg.ng+mf.ng

Calidad humedad

Remplazando 2 en 1.N= ng.(1+y)+na.yN=ng-ng.y+nj.yN=ng+y(ng-ng) ng-ng=nfgN=ng-y(ng-ng)N=ng-ynjg)Remplazando 3 en 1N= ng.x+nf.(1-x)N=ng.nf-nf.xN=nf+x(mg-ng)N=nf+x.nfg

Ejercicios de fuerza1. Calcula el trabajo que realiza un caballo que arrastra un carro a 5km de distancia con una fuerza media de 500N.D=s km=5.000 m=5000m f=500N W?W=f.d=500 n.500 m=2.500.000 J.2. Un motor desplaza un objeto a 50m de distancia empleando una fuerza de 500N Qu trabajo realiza?D=50mF=500 N w=f.d=500 N.50 m=2.500 JW?

EXTRAPOLACIONEs un metodo cientifico logico que consiste en suponer que el curso de los acontecimientos continuara en el futuro conviertiendose en las reales que se utilizan para llevar a una nueva conclusion. Es decir se afirma a cinecia cierta que existen unasaxiomas y estas son extrapolares a la nueva situacion.

La base para una extrapolacion sera el conocimiento sobre el reciente desarrollo del fenimeno. Se precisa al menos dos observaciones secuenciales hechas en puntas conocidas en el tiempo. Las observaciones son habitualmente registrados como variables cuantitativos, medidas con algun tipo de escala. El material consiste en una serie Cronologica. No obstante nada inpide extrapolar tendencias que se describen interamente en terminos cuantitativos.

Utilizados para buscar a un problema (logico) o de ensear la misma (pedagogia), la convierte a una herramienta muy utilizada en el profesional y de enzeanza.

INTERPOLACINEs un mtodo cientfico lgico que consiste en determinar cada una de las unidades en las formas en las que se pueden reproducir y como afectar al resultado. Esto constituye las reales. Es decir que considera todas las situaciones posibles y sus repercusiones y los iterpolamos a la nueva situacin por la analoga o induccin.

VOLUMEN ESPECFICOEl volumen especfico V es el volumen ocupado por unidad de masa de un material en el inverso de la densidad por lo cual no depende de la cantidad de materia.Ejemplo:Pedazos de hierro de distintos, tiene el diferente peso especfico de ambos ser: igual. Este es independiente de la cantidad de materia. Que es considerado para calcular la materia que es considerado a las propiedades en no depender de la cantidad de materia se las llama propiedades.

El punto de fusin de ebullicin el brillo, el calor, la dureza, etc.

Ejemplo:

ENTALPIALa cantidad de energa sistema puede intercambiar con su entorno su variacin expresa una medida de la cantidad absorbida o cedida por un sistema termodinamico asualmente se mide en joules.

H=U+Pv

U=energia internaP=Presion del sistemaN=volumen del sistema.ENTROPIAEl concepto de entropa es equivalente al desorden as cuando decimos en aumento la entropa en un sistema significa e disminuye su desorden as cuando decimos.

A medida de la entropa permite establecer el orden que posee un sistema en determinado.

La entropa tambin es una magnitud que mide la parte de la energa que no puede utilizarse para realizar un trabajo.

Diferencias entre entalpia y entropa

ECUACIN DE ESTADOEs la representacin matemtica de los variables de un estado.Una ecuacin de estado es una relacin que existe entre dos o mas propiedades termodinmicas.

GASES IDEALESSe han desarrollado leyes empericas que relacionan las principales de un gas en base a las experiencias de laboratorio realizadas. En los gases ideales estas variables incluyen la presin (P), el volumen (v) y la temperatura.1. LA LEY DE BOYLE MARIOTE:esta ley dice que, si mantiene la temperatura constante, cuando se aumenta la presin de un gas ideal, desde P1 hasta P2 su volumen disminuye en la misma proposicin V1 a V2. Esta condicin expresada matemticamente es:

P1.V1=P2.V2

VAN DER WALS

Hiptesis de la ecuacin de wan der wals.1. Las molculas tienen volumen finito.2. Las molculas se atraen a distancias muy grandes . la fuerza atractiva hace que. Las molculas se frenen a largo distancia cuando se dirigen hacia la pared. Las molculas intervienen menos momento lineal cuando con las paredes.

ECUACIN DE VAN DER WALS.Derivo su ecuacin capas de describir la continuidad entre las faes liquidas y vapor.Propuesta en 1873. La ecuacin fue una de las primeras que describo el comportamiento de los gases revisiblemente mejor que la ley del gas ideal.P.V=R.T

Fuerza de atraccin fuerza de repulsin.

LAS ISOTERMAS DE VAN DER WALS.El siaviente es una isoterma que relaciona la presin y volumen.

La ecuacin de Van der permite justificar los cambios de estado, cuya razn debe buscarse en la tendencia general de la naturaleza a las configuraciones de estado de energa mnima.La constante en esta ecuacin de estado pueden evaluarse mediante un ajuste de los datos PVT disponibles. Sin embargo, al tratarse de una ecuacin cubica sencilla, las estimaciones critica es hibe una inflexin horizontal en el punto critico, entonces pueden imponerse las situaciones condiciones matemticas:

Donde el subndice c denota el punto critico.La diferencia de estas ecuaciones proporciona para ambos derivados, las cuales pueden igualarse a cero para P=Pc1=t y V=Vc1, por otra parte la ecuacin de estado tambin puede escribirse para las condiciones criticas.

Aunque esta ecuacin tal vez no proporcione las mejores valores posibles, ellos son razonables y casi siempre pueden determinarse, debido a que a menudo se conocen las temperaturas y presin criticas (en constante con los datos PVT extensos) o pueden estimarse de manera confiable.Determinacin ay b y b: Despejando valores tendremos:

CALOR Y TRABAJOSon intercambios energticos que tienen lugar como consecuencia de las interacciones que pueden experimentar los sistemas termodinmicos. Tanto el calor como el trabajo son manifestaciones externas de la energa y nicamente se evidencian en las fronteras de los sistemas y solamente aparecern cuando estos experimentan los sistemas, estos pueden recibir o ceder energa.

La energia se considera como una magnitud algebraica establecindose el siguiente criterio: trabajo que proporciona el sistema positivo y el que recibe negativo. Asi mismo el calor suministrado al sistema se considera positivo y el cedido por el negativo.

DEFINICIN MECNICA DE TRABAJOEs el producto de una fuerza por la distancia recorrida en la direccin de la fuerza.

Es termodinmica esta definicin no enlaza los conceptos de sistemas, propiedades y proceso. Por tanto es necesario definir trabajo termodinmicamente.

CALOR

El calor se define como la transferencia de energa trmica que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinmica generalmente el trmino calor significa simplemente transferencia de energa. Este flujo de energa siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio trmico (ejemplo: una bebida fra dejada en una habitacin se entibia).

La energa calrica o trmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiacin, la conduccin y la conveccin, aunque en la mayora de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energa trmica. La energa existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energa se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

El calor especfico es la energa necesaria para elevar 1 C la temperatura de un gramo de materia. El concepto de capacidad calorfica es anlogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura qumica de la misma).

El calor especfico es un parmetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura:

Donde: Q es el calor aportado al sistema. m es la masa del sistema. C es el calor especfico del sistema. son las temperaturas inicial y final del sistema respectivamente. dT es el diferencial de temperatura.Las unidades ms habituales de calor especfico son J / (kg K) y cal / (g C).

COMPARACIN ENTRE CALOR Y TRABABAJO

Son intercambios energticos que tienen lugar como consecuencia de las interacciones que pueden experimentar los sistemas termodinmicos. Tanto el calor como el trabajo son manifestaciones externas de la energa y nicamente se evidencian en las fronteras de los sistemas y solamente aparecern cuando estos experimenten cambios en sus estados termodinmicos.

En las interacciones que experimentan los sistemas, estos pueden recibir o ceder energa. La energa se considera como una magnitud algebraica establecindose el siguiente criterio: trabajo que proporciona el sistema positivo y el que recibe negativo. As mismo, el calor suministrado al sistema se considera positivo y el cedido por l negativo.

ENERGA NUCLEAR

La energa nuclear es la energa en el ncleo de un tomo. Los tomos son las partculas ms pequeas en que se puede dividir un material. En el ncleo de cada tomo hay dos tipos de partculas (neutrones y protones) que se mantienen unidas. La energa nuclear es la energa que mantiene unidos neutrones y protones.

La energa nuclear se puede utilizar para producir electricidad. Pero primero la energa debe ser liberada. sta energa se puede obtener de dos formas: fusin nuclear y fisin nuclear. En la fusin nuclear, la energa se libera cuando los tomos se combinan o se fusionan entre s para formar un tomo ms grande. As es como el Sol produce energa. En la fisin nuclear, los tomos se separan para formar tomos ms pequeos, liberando energa. Las centrales nucleares utilizan la fisin nuclear para producir electricidad.

HISTORIA ENERGA NUCLEAREl filsofo griego Demcrito de Abdera fue el primero de la historia en dar una definicin de tomo: la parte ms pequea constituyente de la materia. Esto fue en el siglo V a. de C. tomo proviene del griego y significa no-divisible. Aunque ms tarde, con la fisin nuclear, se consigue dividir tomos con el objetivo de obtener energa.

Ms tarde, en 1803, el qumico britnico John Dalton afirmaba en su libro A New System of Chemical Philosophy que los elementos se formaban a partir de determinadas combinaciones de tomos y que todos los tomos de un mismo elemento eran idnticos. Es decir, que todos los tomos del hierro o del uranio son idnticos.

Tabla peridica de los elementosA partir de aqu el trabajo de los cientficos se centraba en identificar todos los elementos y clasificarlos. El primero en proponer una ordenacin fue el qumico ingls Newlands. Una propuesta que otros cientficos como Lothar Meyer, Dimitri Mendeleiev o Moseley se encargaron de estudiar y modificar hasta obtener la Tabla Peridica actual.

DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRN

En 1897, J. J. Thompson anunci el descubrimiento de una partcula cargada negativamente a la que llamelectrn. Fue capaz de deducir tambin la relacin entre la carga de una partcula (e) y su masa (m). Los electrones son elementos cargados negativamente que van orbitando alrededor de un ncleo como si se tratara de planetas orbitando alrededor del Sol. El conjunto de ncleo y electrones forman el tomo como descubrir ms adelante Rutherford.

EL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIOACTIVIDAD

En 1896, el fsico francs Antoine-Henri Becquerel comprob que determinadas sustancias, como las sales deuranio, producan radiaciones penetrantes de origen desconocido. Este fenmeno fue conocido comoradioactividad.

Becquerel estaba trabajando en su laboratorio y dej descuidadamente unas sales de uranio junto a unas placas fotogrficas que aparecieron posteriormente veladas, a pesar de estar protegidas de la luz solar. Despus de investigarlo se dio cuenta que el causante fueron las placas era el uranio. Gracias a su descubrimiento Becquerel se convirti en el padre de la energa nuclear.En la misma poca, el matrimonio francs formado por Pierre y Marie Curie dedujeron con sus investigaciones la existencia de otro elemento de actividad ms elevada que el uranio, que en honor a su patria fue llamado polonio. Tambin fueron los descubridores de un segundo elemento al que denominaron radio.Estos tres elementos, por sus caractersticas, tomaran una gran importancia en el desarrollo de la energa nuclear. Actualmente, el combustible de prcticamente todas las centrales nucleares es el uranio.Posteriormente, como resultado de las investigaciones de Rutherford y Soddy, se demostrara que el uranio y otros elementos pesados, emitan tres tipos de radiaciones: alfa, beta y gamma. Las dos primeras estaban constituidas por partculas cargadas, comprobndose que las partculas alfa eran ncleos de tomos de helio y las partculas beta eran electrones. Adems, se comprob que las radiaciones gamma eran de naturaleza electromagntica.

EL MODELO ATMICO DE RUTHERFORDEl descubrimiento de la naturaleza de las radiaciones permiti a Rutherford estudiar la estructura de la materia. Con sus experimentos pudo deducir que el tomo estaba constituido por una zona central positiva donde se concentraba toda la masa y que los electrones giraban en rbitas alrededor del ncleo, como si fuera un pequeo sistema solar. Esto significaba que el tomo no era macizo como se crea hasta entonces.EL DESCUBRIMIENTO DE LA CONSTANTE DE PLANCK Y LA TEORA CUNTICAEn 1900, el fsico alemn Max Planck formul que la energa se emite en pequeas unidades individuales conocidas como cuantos. Descubri una constante de carcter universal conocida como la constante de Planck, representada como h.La ley de Planck establece que la energa de cada cuanto es igual a la frecuencia de la radiacin electromagntica multiplicada por dicha constante universal.Los descubrimientos de Planck representaron el nacimiento de un nuevo campo para la fsica, conocido como mecnica cuntica y proporcionaron las bases para la investigacin en campos como el de la energa nuclear.LA TEORA DE LA RELATIVIDAD DE ALBERT EINSTEINAlbert Einstein es el cientfico ms bien considerado de la historia del siglo XX. Einsten propuso la conocida ecuacin E=mc2 . Esta ecuacin result ser revolucionaria para los posteriores estudios de fsica nuclear, aunque en aquellos tiempos no se dispona de medios para demostrarla experimentalmente. As, E representa la energa y m la masa, ambas interrelacionadas a travs de la velocidad de la luz c. Esta ecuacin relacionaba las conversiones msicas de energa, de forma que se poda afirmar, que ambas entidades eran distintas manifestaciones de una misma cosa.

EL MODELO ATMICO DE BHREl fsico dans Niels Bhr desarroll en 1913 una hiptesis, segn la cual los electrones estaban distribuidos en capas definidas (o niveles cunticos) a cierta distancia del ncleo. De este modo se constitua la configuracin electrnica de los distintos elementos.Para Bhr, los electrones giraban en rbitas estacionarias desde las que no se emita ninguna radiacin. De este modo, se enterraba el viejo concepto del tomo como algo indivisible, inerte y simple, y apareciendo la hiptesis de una estructura compleja que dara posteriormente complicadas manifestaciones energticas.EL DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRNEl descubrimiento del neutrn fue realizado por James Chadwick en 1932. Chadwick midi la masa de la nueva partcula deduciendo que era similar a la del protn pero con carga elctricamente neutra. As, se observ que el ncleo atmico estaba compuesto por neutrones y protones, siendo el nmero de protones igual al de electrones.Con su descubrimiento, Chadwick consigui un proyectil de caractersticas ideales para provocar reacciones nucleares.

EL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIOACTIVIDAD ARTIFICIALEl matrimonio formado por Frdric Joliot e Irene Curie fueron los descubridores de la radioactividadartificial.Las conclusiones a las que lleg el matrimonio Joliot-Curie, se basaban en la idea de que la radioactividad, hasta entonces de carcter natural, poda ser producida por el hombre, construyendo elementos radiactivos mediante el bombardeo con partculas alfa de algunos elementos qumicos.EL DESCUBRIMIENTO DE LA FISIN NUCLEARA finales de 1938, en los umbrales de la Segunda Guerra Mundial, un equipo de investigadores alemanes en el Kaiser Wilhem Institut de Berln, integrado por Otto Hahn, Fritz Strassmann, Lisa Meitner y Otto Frisch, interpret el fenmeno de la fisin nuclear, a travs de la identificacin del elemento bario como consecuencia de la escisin del ncleo de uranio.

Los primeros estudios sobre la fisin nuclear fueron llevados a cabo por Otto Hahn y Lise Meitner, basndose en los resultados obtenidos por el matrimonio Joliot-Curie, que mediante anlisis muy cuidadosos, encontraron un elemento de nmero atmico intermedio en una muestra de uraniobombardeado con neutrones.Lise Meitner y Otto Frisch pudieron deducir que al bombardear el uranio con neutrones, ste capturaba un neutrn y se divida en dos fragmentos, emitiendo de una gran cantidad de energa. Era el descubrimiento de la la fisin nuclear.

LA BOMBA ATMICAMuchos de los grandes inventos de la historia tienen un origen milirtar. El caso de la energa nuclear no es una excepcin.EL PROYECTO MANHATTANEn 1939, en los inicios de la Segunda Guerra Mundial, Albert Einstein recomienda al presidente de los Estados Unidos, F. D. Roosevelt, el desarrollo de la bomba atmica. Einstein explicaba que gracias a los trabajos de investigacin llevados a cabo por Enrico Fermi y Leo Szilard, en los Estados Unidos, y por Frdric Joliot y su esposa Irene Joliot-Curie, en Francia, era casi seguro que muy pronto fuera posible desencadenar una reaccin nuclear en cadena que permitiera liberar unas grandes cantidades de energa. Este procedimiento permitira tambin la construccin de una nueva clase de bombas.Einstein mencionaba tambin la escasez de reservas de uranio de los Estados Unidos y que las minas de este mineral se encontraban en la antigua Checoslovaquia y en el Congo Belga. Propuso la colaboracin entre cientficos y la industria para desarrollar lo ms pronto posible la mencionada bomba atmica.Adems, inform que Alemania haba suspendido la venta de uranio de las minas checas, de las que el Reich se haba hecho cargo. Este hecho podra significar que los cientficos del Instituto Kaiser Wilhelm podran estar llevando a cabo experimentos de fisin nuclear, tambin.El miedo de Albert Einstein a la guerra nuclear era consecuencia de su profundo conocimiento de los avances de la investigacin en este campo. Tuvo que emigrar a Estados Unidos en 1933, desde Alemania, al comienzo de la persecucin de los judos.

DE LA CARTA DE ALBERT EINSTEIN:Trabajos recientes de E. Fermi y L. S. Szilard... me permiten suponer que el elemento qumico uranio... puede convertirse en una nueva fuente energtica muy importante... Durante los ltimos cuatro meses la posibilidad de llevar a cabo una reaccin nuclear en cadena mediante una gran cantidad de uranio, ha aumentado; esta reaccin dara lugar a grandes cantidades de energa y a nuevos elementos semejantes al radio... Ese nuevo fenmeno conducira tambin a la construccin de bombas...Teniendo en cuenta esta situacin parece aconsejable mantener un cierto contacto entre el gobierno y el grupo de fsicos que trabaja en Amrica con reacciones en cadena.Un camino posible para lograrlo podra ser que usted trasladase este encargo a una persona de su confianza.Sus tareas podan ser en este aspecto las siguientes: ... asegurar el suministro de uranio de los Estados Unidos... acelerar los trabajos experimentales... obtener fondos...Roosevelt acogi la carta de Einstein sin excesiva ilusin, aunque cre una comisin para que se encargara de las cuestiones mencionadas por el cientfico en la misma.Entre 1940 y 1941 empezaron a realizarse medidas en sistemas de uranio-grafito. Glen Seaborg descubri, a finales de 1940, un elemento artificial, el plutonio-239, que podra emplearse para la fabricacin posterior de la bomba atmica.La fabricacin de la bomba fue confiada al ejrcito, en un proyecto blico que costara alrededor de 2.500 millones de dlares. El programa contemplaba dos alternativas: la separacin del uranio-235 del uranio-238, y la produccin de plutonio-239 en los reactores de grafito.El 2 de diciembre de 1942, un grupo de fsicos nucleares europeos, emigrados a los Estados Unidos y dirigidos por el fsico italiano Enrico Fermi, ponan en marcha la primera reaccin nuclear en cadenaproducida por el hombre en la historia de la energa nuclear con la intencin de aplicar por primera vez la energa nuclear. El reactor nuclear empleado, conocido como Chicago Pile (CP-1), era de estructura sencilla, y se instal bajo la tribuna del estadio de ftbol americano de la Universidad de Chicago. Se emplecombustible de uranio, como el que Fermi empleaba en sus experimentos en Roma, y moderador de grafito.Los preparativos para este experimento fueron llevados a cabo con gran secreto. El objetivo de la investigacin era la obtencin de una reaccin en cadena en principio controlada que permitiera el estudio de sus propiedades en vistas al posible desarrollo de una bomba atmica.La reaccin en cadena de fisin se inici una vez se extrajeron con mucho cuidado las barras de control. En este momento, entr en funcionamiento el primer reactor nuclear de la historia de la energa nuclear.En 1943 fueron levantadas tres ciudades llenas de instalaciones de investigacin: Oak Ridge (Tennesse) para separar el uranio-235 del uranio-238, Hanford para el establecimiento de los reactores nucleares, y Los lamos para la construccin de la bomba atmica. Robert Oppenheimer fue nombrado director del laboratorio de Los lamos, consiguiendo reunir a cerca de mil cientficos que permaneceran all hasta seis meses despus de acabada la contienda.En la madrugada del 16 de julio de 1945, se llev a cabo la primera prueba de la bomba atmica de plutonioen el desierto de lamogordo (Nuevo Mxico), y result ser un completo xito.La bomba atmica de uranio y la de plutonio estuvieron listas al mismo tiempo. La primera, denominada Little Boy, constaba de dos masas de uranio-235 que se proyectaban una sobre otra con explosivos convencionales.La segunda, Fat Man, consista en una esfera hueca de plutonio que colapsaba sobre su centro por la accin de explosivos convencionalesEl 6 de agosto de 1945, se lanzaron las dos bombas nucleares que alteraran el rumbo de la historia. Little Boy fue lanzada sobre Hiroshima desde el avin Enola Gay, y el 9 de agosto, Fat Man fue arrojada sobre Nagasaki.

Las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki se convirtieron as en los primeros y hasta el momento los nicos objetivos de un ataque con bombas atmicas de la historia.Las condiciones para la construccin de una bomba atmica, en la que trabajaron sin xito durante la Segunda Guerra Mundial algunos fsicos soviticos, como Igor Vasilievich Kurchatov, fueron ms estrictas de lo que se necesita para conseguir el funcionamiento con xito de un reactor nuclear.La energa liberada durante una detonacin de este tipo se reparte aproximadamente en un 35% de radiacin trmica, un 50% de presin y un 15% de radiacin nuclear. Este proceso hace que se alcancen temperaturas de hasta 14 millones de grados centgrados. La bomba de Hiroshima liber 23,2 millones de KWh.

LA ENERGA NUCLEAR DESPUS DE LA SEGUNDA GUERRA MUNDIALPrimer intento del Tratado de No Proliferacin NuclearTras el fin de la II Guerra Mundial, Norteamrica ostentaba la supremaca blica debido a su considerable potencial atmico. La complejidad existente en torno a las cuestiones blicas y civiles de la energa nuclear,exiga el establecimiento de una articulacin legal para las aplicaciones civiles en el pas, y una regulacin internacional a todos los niveles.Aunque tuvieron lugar varias reuniones de carcter internacional, los Estados Unidos se resistan a perder su protagonismo, y as lo hizo saber el Presidente Truman al declarar: Debemos constituirnos en guardianes de esta nueva fuerza, a fin de impedir su empleo nefasto, y de dirigirla para el bien de la Humanidad [...].En 1946, se present en las Naciones Unidas el plan norteamericano, que consista en una liberacin gradual de los secretos, fbricas y bombas nucleares, cediendo todo ello al organismo, a cambio de un control e inspeccin internacional.Este control no fue bien recibido por la antigua Unin Sovitica, cuyo representante, Andrei Gromiko, present una contrapropuesta en la que se prohiba la construccin de armas atmicas y se exiga la eliminacin de las existentes a corto plazo. Despus de varios aos de negociaciones, este primer plan de no proliferacin nuclear fue un fracaso.EL PLAN MARSHALLEn junio de 1947, naca el Plan Marshall como una iniciativa de ayuda econmica dentro de la poltica estadounidense de contencin del control sovitico, al que se vieron sometidos los Estados de Europa Central y Oriental, detrs de lo que se denomin teln de acero. Este plan fue el disparador histrico de la Guerra Fra en la que se sucedieron una serie de enfrentamientos entre estas dos superpotencias.

Aos ms tarde, los Estados Unidos construyeron varios reactores de plutonio, y en 1953, entr en funcionamiento el prototipo en tierra del reactor del Nautilos, el primer submarino nuclear.

LA PRIMERA BOMBA ATMICA SOVITICAEstos hechos acentuaron la tensa situacin provocada por la explosin de la Bomba H sovitica. La idea de crear esta bomba era hacer un gran recipiente cilndrico con la bomba atmica en un extremo y el combustible de hidrgeno en el otro. El estallido de la bomba atmica proporcionara una cantidad de radiacin con presin suficiente para comprimir y encender el hidrgeno.Despus de los esquemas preliminares de 1951, la bomba estuvo lista a principios de 1952, de modo que en noviembre de este mismo ao, se ensay pulverizando la Isla de Elugelab, en el Ocano Pacfico. Su potencia result ser 700 veces superior a la de la bomba atmica de Hiroshima.El 8 de diciembre de 1953, los Estados Unidos se dirigieron a las Naciones Unidas para denunciar el equilibrio de terror en que viva la poblacin mundial, advirtiendo que si Norteamrica era atacada con armas nucleares, la respuesta sera destruir al agresor de forma inmediata.

APROVECHAMIENTO DE LA ENERGA NUCLEAR PARA USOS PACFICOSCon la intencin de suavizar esta situacin, se organizaron una serie de conferencias internacionales de carcter tcnico sobre los usos pacficos de la energa nuclear. En esta ocasin, las conversaciones entre los pases desarrollados con un importante potencial atmico fueron un completo xito.Aprovechando la nueva situacin, el presidente norteamericano Eisenhower expuso entonces en las Naciones Unidas su programa de cooperacin internacional Atoms for Peace. A partir de dicho programa, se liberaron una serie de conocimientos cientficos y tecnolgicos que permitiran la posterior explotacin comercial de la energa nuclear.El discurso, que en diciembre de 2003 cumpli 50 aos, y que fue pronunciado en un momento de guerra fra, propona un acuerdo entre las grandes potencias para detener y reducir la fabricacin de armamento nuclear y dar a conocer a toda la humanidad los conocimientos y medios materiales, especialmente los combustibles nucleares, para su uso con fines pacficos.Adems, se favoreci la creacin de organismos internacionales como el Organismo Internacional de Energa Atmica (OIEA), en 1957, con sede en Viena, y la Agencia de Energa Nuclear (AEN) integrada en la Organizacin para la Cooperacin y el Desarrollo Econmico (OCDE), con sede en Pars.No obstante, pases como Reino Unido y la antigua Unin Sovitica, haban comenzado ya sus investigaciones destinadas al despliegue comercial de la energa nuclear.

En 1956, los britnicos inauguraron la primera central nuclear de la historia en Calder Hall, dando origen a una serie de reactores conocidos como de grafito-gas.En 1963, General Electric fue la empresa encargada de construir una central de agua en ebullicin estrictamente comercial (Oyster Creek I), lo que supuso el principio de la avalancha de solicitudes de construccin de centrales nucleares, fbricas de elementos de combustible, y la investigacin de mtodos de almacenamiento y pequeas plantas de reelaboracin.

TRATADO DEFINITIVO DE NO PROLIFERACIN NUCLEAREn 1967, el OIEA organiz un grupo de anlisis de todos aquellos problemas tcnicos que pudiera contener un Tratado de No Proliferacin Nuclear, que entrara en vigor en 1972.Los pases firmantes acordaron no transferir armas nucleares ni colaborar para su fabricacin, y se comprometieron a establecer las salvaguardias necesarias para su cumplimiento.Los sistemas de salvaguardias, a nivel mundial, fueron los siguientes: Tratado del Antrtico: firmado en Washington por 37 pases, en el que se prohiba el uso de este territorio para realizar explosiones nucleares y/o eliminacin de residuos radiactivos. Tratado de Prohibicin de Pruebas de Armas Nucleares en la atmsfera y en el espacio exterior y en submarinos: firmado en Mosc, en 1963, actuando como depositarios Estados Unidos, la antigua URSS y Reino Unido. Tratado de Principios que gobiernan las actividades de los Estados en la exploracin del espacio exterior: incluye la Luna y otros cuerpos celestes, y fue firmado en octubre de 1967, actuando como depositarios Estados Unidos, la antigua URSS y Reino Unido, comprometindose a no poner en rbita terrestre o en el espacio exterior objetos con armas nucleares. Tratado de Prohibicin de Armas Nucleares en Latinoamrica: firmado en Mxico en 1967. Tratado de No Proliferacin Nuclear: en vigor desde 1972 y prolongado en 1995 con Reino Unido, Estados Unidos y la antigua URSS como depositarios.

El desarrollo de la energa nuclear estuvo promovido en todo momento por el inters despertado acerca de la produccin de electricidad empleando esta fuente de energa. A lo largo de la dcada de los 60 y de los 70, se iniciaron varios programas nucleares en diversos pases.

LA ENERGA MECNICA

La energa mecnica es la producida por fuerzas de tipo mecnico, como la elasticidad, la gravitacin, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posicin de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energa cintica y energa potencial (gravitatoria y elstica):

De todas las transformaciones o cambios que sufre la materia, los que interesan a la mecnica son los asociados a la posicin y/o a la velocidad. Ambas magnitudes definen, en el marco de la dinmica de Newton, el estado mecnico de un cuerpo, de modo que ste puede cambiar porque cambie su posicin o porque cambie su velocidad.

Energa potencialDe acuerdo con su definicin, la energa mecnica puede presentarse bajo dos formas diferentes segn est asociada a los cambios de posicin o a los cambios de velocidad. La forma de energa asociada a los cambios de posicin recibe el nombre de energa potencial.La energa potencial es, por tanto, la energa que posee un cuerpo o sistema en virtud de su posicin o de su configuracin (conjunto de posiciones). As, el estado mecnico de una piedra que se eleva a una altura dada no es el mismo que el que tena a nivel del suelo: ha cambiado su posicin.En un resorte que es tensado, las distancias relativas entre sus espiras aumentan. Su configuracin ha cambiado por efecto del estiramiento.

En su nuevo estado ambos cuerpos disponen de una capacidad para producir cambios en otros. Han adquirido en el proceso correspondiente una cierta cantidad de energa que puede ser liberada tan pronto como se den las condiciones adecuadas.

CONSERVACIN DE LA ENERGA MECNICAPara sistemas abiertas por partculas que interactan mediante fuerzas puramente mecnicas o campos conservativos la energa se mantiene constante con el tiempo:

Emec=Ec+Ep+Ee=cteDonde: Ec, es la energacintica del sistema.Ep, es la energa potencial gravitacional del sistema.Ee, es la energa potencial elstica del sistema.

Es importante notar que la energa mecnica as definida permanece constante si nicamente actan fuerzas conservativas sobre las partculas. Sin embargo, existen ejemplos de sistemas de partculas donde la energa mecnica no se conserva: Sistemas de partculas cargadas en movimiento. En ese caso los campos magnticos no derivan de un potencial y la energa mecnica no se conserva, ya que parte de energa se transforma en energa del campo electromagntico y viceversa. Sistemas termodinmicos que experimentan cambios de estado. En estos sistemas la energa mecnica puede transformarse en energa trmica o energa interna. Cuando hay produccin de energa trmica en general existir disipacin y el sistema habr experimentado un cambio reversible (aunque no en todos los casos). Por lo que en general estos sistemas aun pudiendo experimentar cambios reversibles sin disipacin tampoco conservacin la energa mecnica debido a que la nica variable conservada es la energa interna. Forma integral Para un medio continuo material la conservacin de la energa ( de origen mecnico o termodinmico) implica que para cualquier porcin de materia de dicha medio continuo se satisface la siguiente relacin:

El primer trmino es la variacin de la energa interna y la energa cintica de la porcin de materia, el primer trmino del segundo miembro la potencia volumtrica y el segundo trmino la potencia transmitida a travs de la superficie de porcin de materia:

P,e,v, densidad masiva, energa interna por unidad volumen del medio continuo y campo de velocidades.B,t, densidad de Fuerza y tensin mecnica.r,h=q.n, color generado por unidad de volumen y color transmitido por flujo de calor a travs de la frontera de la posicin.Si la energa mecnica se conserva estrictamente es una situacin la igualdad anterior se reduce a:

Si las propiedades del medio contino varan suavemente (i.eson representables por funciones diferenciales) la ecuacin (1) admite una forma diferencial:

Si la energa interna permanece invariable y no hay flujos trmicos o generacin de color por disipacin se tiene:O=o:d

TECNOLOGIAS ASOCIADAS A LA ENERGIA MECANICA

Algunos tipos de energa mecnica son:

Energa hidrulica: Se deja caer agua y se aprovecha la energa potencial obtenida. Se utiliza para generar energa elctrica y para mover molinos de harina.

Energa elica: Producida por los vientos generados en la atmsfera terrestre. Se utiliza para generar energa elctrica, como mecanismo de extraccin de aguas subterrneas o de ciertos tipos de molinos para la agricultura.

Energa mareomotriz: Producto del movimiento de las mareas y las olas del mar. Se transforma en energa elctrica

EJERCICIOS:

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

Hasta el momento se ha considerado por separado varias formas de energa, el calor, trabajo y la energa, y no se ha hecho ningn intento para relacionarlos entre si durante un proceso. La primera ley termodinmica, conocida tambin como el principio de la conservacin de la energa brindo una base slida para estudiar las relaciones entre las diversas formas de interaccin de energa. A partir de observaciones experimentales la primera ley de la termodinmica establece que la energa no se puede crear ni destruye solo puede cambias de forma.

mmEp=20 JEc=o JEp=14 JEc=6 J

La primera ley de la termodinmica establece que la energa no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinmico, el calor cedido por el sistema ser igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa.

Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.

Un ejemplo sencillo seria: Al remover con un taladro el agua contenida en un recipiente, le estamos aplicando trabajo, que es igual al calor que este emite al medio ambiente al calentarse. En este caso, el sistema puede ser el agua, el medio sera el taladro, el aire circundante y todo lo que est fuera del sistema que no sea agua (pues lo que est afuera recibir calor del sistema).

Si l un sistema es cerrado (no hay tiene intercambio de energa con el resto del universo, los alrededores) cualquier pequeo cambio de energa interna, dU, del sistema es debido al balance de la transferencia de calor, dQ, y el trabajo realizado, dW, por o sobre el sistema. Esta sentencia no describe sino la conservacin de la energa. Hay un convenio, artificial y confuso, para poner signo a las variaciones de energa. Naturalmente nadie discute que dU>0 si el sistema aumenta su energa en un proceso termodinmico y naturalmente el resto del universo pierde la misma cantidad de energa. Pero el trabajo, W, y el calor, Q, es un intercambio de energa que gana (o pierde) una de las partes, sistema o resto del universo, y por lo tanto pierde (o gana) la otra. Qu signo ponemos a Q y W? Siempre estamos interesados en las propiedades del sistema y normalmente lo miramos todo desde el punto de vista del sistema as que, si no hay trabajo, escribimos dU=dQ indicando que cuando dQ>0 el sistema recibe energa (trmica) y debe aumentar por tanto su energa interna y cuando dQ Q1-punto = Q2-punto + Q3-puntoCuando no se conocen la direcciones de transferencia se pueden suponer todas entrantes ( dirigidas a la superficie ) y el balance de energa ser: Eentra = 0

Algunas aplicaciones de los balancesde energa en la Industria:Recuperacin mxima del Calor: optimizacin energtica del proceso.Calentamiento o enfriamiento de un fluido.

Produccin Efectiva de Calor en Hornos y Calderas. Clculo dePrdidas y Aislamientos. Optimacin de los Procesos de Obtencin deEnerga Elctrica (Cogeneracin).Clculo del consumo de combustible para producir trabajo y calorClculo de la energa mecnica necesaria que hay que comunicar a influido para mantenerlo en movimientoSISTEMAS DONDE SE PUEDEN APLICARUN BALANCE DE ENERGA:- Un proceso qumicaplanta: p.ej. Fabricacin- Una planta de una completa: Por ejemplo,de olefinas Una refinera. (Complejo sntesis de amoniaco)

Algunas aplicaciones de los balances deenerga en la Industria Unidad de una planta: p.ej. Columna de rectificacin, reactor Algunas aplicaciones de los balancesde energa en la Industria Cambiadores de Calor Balances entlpicos Aplicacin a sistemas en rgimen estacionario que intercambian calor con el medio. Incluye cambios en la temperatura, en el estado de agregacin o en la naturaleza qumica de las sustancias. No se considera la contribucin de la energa mecnica (variaciones de energa potencial y cintica despreciables) al estado energtico del sistema. Aplicaciones de Balances entlpicos Clculo de la cantidad de calor (Q) necesaria para modificar la temperatura, estado de agregacin o naturaleza qumica de un determinada cantidad de materia. Clculo del caudal de fluido refrigerante o de calefaccin necesario para mantener las condiciones de trabajo de una operacin. Calculo de los caudales de calor intercambiado requeridos para que una operacin se realice en condiciones isotrmicas o adiabticas. Clculo del consumo de combustible para producir el calor necesario en una operacin. Calculo de Rendimientos y Propuestas de estrategias.

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGIA

Los mecanismos de transferencia de energa son los procesos los cuales se intercambia energa en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estn a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante conveccin, radiacin o conduccin. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a travs de la pared de una casa fundamentalmente por conduccin, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por conveccin, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiacin.

El calor puede transferirse de tres formas: por conduccin, por conveccin y por radiacin. La conduccin es la transferencia de calor a travs de un objeto slido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque slo la punta est en el fuego. La conveccin transfiere calor por el intercambio de molculas fras y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque slo su parte inferior est en contacto con la llama. La radiacin es la transferencia de calor por radiacin electromagntica (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitacin.

La transferencia de energa o calor entre dos cuerpos diferentes por conduccin o conveccin requieren el contacto directo de las molculas de diferentes cuerpos, y se diferencian en que en la primera no existe movimiento macroscpico de materia mientras que en la segunda s hay movimiento macroscpico. Para la materia ordinaria la conduccin y la conveccin son los mecanismos principales en la "materia fra", ya que la transferencia de energa trmica por radiacin slo representa una parte minscula de la energa transferida. La transferencia de energa por radiacin aumenta con la potencia cuarta de la temperatura (T4), siendo slo una parte importante a partir de temperaturas superiores a varios miles de Kelvin.

CONDUCCIN

La conduccin de calor es un mecanismo de transferencia de energa trmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partculas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto por medio de ondas

La conduccin del calor es muy baja en el espacio, ultra alto en el vaco y es nula en el espacio vaco ideal, espacio sin energa.

El principal parmetro dependiente del material que regula la conduccin de calor en los materiales es la conductividad trmica, una propiedad fsica que mide la capacidad de conduccin de calor o capacidad de una substancia de transferir el movimiento cintico de sus molculas a sus propias molculas adyacentes o a otras substancias con las que est en contacto. La inversa de la conductividad trmica es la resistividad trmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

Es la forma de transmitir el calor en cuerpos slidos; se calienta un cuerpo, las molculas que reciben directamente el calor aumentan su vibracin y chocan con las que las rodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta que todas las molculas del cuerpo se agitan, por esta razn, si el extremo de una varilla metlica se calienta con una flama, transcurre cierto tiempo hasta que el calor llega al otro extremo. El calor no se transmite con la misma facilidad por todos los cuerpos. Existen los denominados "buenos conductores del calor", que son aquellos materiales que permiten el paso del calor a travs de ellos. Los "malos conductores o aislantes" son los que oponen mucha resistencia al paso del calor.

La conduccin trmica est determinada por la ley de Fourier. Establece que la tasa de transferencia de calor por conduccin en una direccin dada, es proporcional al rea normal a la direccin del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa direccin.

1. TRANSFERENCIA DE CALOR Q:Es el paso de energa trmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto slido o un fluido, est a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energa trmica, tambin conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio trmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo ms caliente a uno ms fro, como resultado de la segunda ley de la termodinmica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse ms lenta.

La transferencia de calor hacia un sistema incrementa la energa de las molculas y por lo tanto la del sistema; as mismo la transferencia de calor desde un sistema la disminuye que la energatrasferida como calor bien, desde un sistema de molculas de energa del sistema.

Ganancia de calo perdida de calor

2. TRANSFERENCIA DE TRABAJO W: Una interaccin de energa que no es causada por una diferencia entre un sistema y exterior es trabajo, en un embolo ascendente, un eje rotatorio y un alambre elctrico que causan la frontera del sistema se relacionan con interaccin de trabajo. La transferencia de W que un sistema incrementa la energa de este, mientras que la transferencia de W desde un sistema la disminuye puesto que la energa transferida como w tiene desde la energa contenida en el sistema, los autores se automovila y los mezcladores consumen trabajo.

3. FLUJO MASICO: El flujo msico que entra y sale del sistema funciona como un mecanismo adicional de transferencia de energa. Cuando entra una masa a un sistema, la energa de este aumenta. De igual modo cuando un cantidad de masa sale el sistema la energa de este disminuye por que la masa que sale algo de energa consigui.

M entrada Q salida Q entrada W salida W entrada M salida

Entrada - salida= (q entrada q salida) +(w entrada- w salida)+ (E, m entrada-Em, salida).Entrada - Salida = a E sistema (J).ENTROPA El concepto de entropa fue introducido por primera vez por R. J. Clausius a mediados del siglo XIX. Clausius, ingeniero francs, tambin formul un principio para la Segunda ley: No es posible proceso alguno cuyo nico resultado sea la transferencia de calor desde un cuerpo fro a otro ms caliente. En base a este principio, Clausius introdujo el concepto de entropa, la cual es una medicin de la cantidad de restricciones que existen para que un proceso se lleve a cabo y nos determina tambin la direccin de dicho proceso. Vamos ahora a hablar de las tres acepciones ms importantes de la palabra entropa.

LA ENTROPA, EL DESORDEN Y EL GRADO DE ORGANIZACIN.Vamos a imaginar que tenemos una caja con tres divisiones; dentro de la caja y en cada divisin se encuentran tres tipos diferentes de canicas: azules, amarillas y rojas, respectivamente. Las divisiones son movibles as que me decido a quitar la primera de ellas, la que separa a las canicas azules de las amarillas. Lo que estoy haciendo dentro del punto de vista de la entropa es quitar un grado o ndice de restriccin a mi sistema; antes de que yo quitara la primera divisin, las canicas se encontraban separadas y ordenadas en colores: en la primera divisin las azules, en la segunda las amarillas y en la tercera las rojas, estaban restringidas a un cierto orden.

Al quitar la segunda divisin, estoy quitando tambin otro grado de restriccin. Las canicas se han mezclados unas con otras de tal manera que ahora no las puedo tener ordenas pues las barreras que les restringan han sido quitadas.

La entropa de este sistema ha aumentado al ir quitando las restricciones pues inicialmente haba un orden establecido y al final del proceso (el proceso es en este caso el quitar las divisiones de la caja) no existe orden alguno dentro de la caja.

La entropa es en este caso una medida del orden (o desorden) de un sistema o de la falta de grados de restriccin; la manera de utilizarla es medirla en nuestro sistema inicial, es decir, antes de remover alguna restriccin, y volverla a medir al final del proceso que sufri el sistema.

Es importante sealar que la entropa no est definida como una cantidad absoluta S (smbolo de la entropa), sino lo que se puede medir es la diferencia entre la entropa inicial de un sistema Si y la entropa final del mismo Sf. No tiene sentido hablar de entropa sino en trminos de un cambio en las condiciones de un sistema.

ENTROPIA, PROCESOS REVERSIBLES Y PROCESOS IRREVERSIBLES.Volviendo al ejemplo anterior de la caja con separaciones y canicas, vamos a explicar qu es un proceso reversible y qu un proceso no reversible.

Llamamos proceso reversible al que se puede invertir y dejar a nuestro sistema en las mismas condiciones iniciales. Teniendo en cuenta

Nuestra caja ya sin las separaciones, tenemos a las canicas revueltas unas con otras, es decir, sin un orden. Si el proceso que efectuamos de quitar las divisiones fuera reversible, las canicas tendran que ordenarse espontneamente en azules, amarillas y rojas, segn el orden de las divisiones. Esto no ocurrir.

El proceso que efectuamos con nuestra caja de canicas fue un proceso no reversible, en donde una vez terminado, el orden que haba en las condiciones iniciales del sistema ya nunca volver a establecerse. El estudio de este tipo de procesos es importante porque en la naturaleza todos los procesos son irreversibles.

LA ENTROPA Y LA ENERGA GASTADA.En el principio enunciado por Clausius que anteriormente citamos, podemos encontrar la relacin con la entropa y la energa liberada en un proceso. Pensemos en un motor. El motor necesita de una fuente de energa para poder convertirla en trabajo. Si pensamos en un coche, la gasolina, junto con el sistema de chispa del motor, proporciona la energa (qumica) de combustin, capaz de hacer que el auto se mueva. qu tiene que ver la entropa aqu?

La energa que el coche utiliz para realizar trabajo y moverse, se gast, es decir, es energa liberada mediante un proceso qumico que ya no es utilizable para que un motor produzca trabajo.

Este es uno de los conceptos ms difciles de entender de la entropa, pues requiere un conocimiento un poco menos trivial del funcionamiento de motores, frigorficos y el ciclo de Carnot. Pero para nuestros fines con esta explicacin es suficiente.

Para qu sirve la entropa?La entropa, como medida del grado de restriccin o como medida del desorden de un sistema, o bien en ingeniera, como concepto auxiliar en los problemas del rendimiento energtico de las mquinas, es una de las variables termodinmicas ms importantes. Su relacin con la teora del caos le abre un nuevo campo de estudio e investigacin a este tan manoseado concepto.

Esta idea de desorden termodinmico fue plasmada mediante una funcin ideada por Rudolf Clausius a partir de un proceso ciclo reversible. En todo proceso reversible la integral curvilnea SQ solo depende de las estados inicial y final, con independencia de camino seguido T(SQ es la cantidad de calor absorbida en el proceso de cuestin y T es la temperatura absoluta en el proceso de cuestin y T es la temperatura absoluta). Por tanto ha de existir una funcin del estado del sistema. S=F(P.V.T), denominada entropa, cuyo variacin es un proceso reversible entre los estados 1 y 2 es:AS= S2-S1=Tngase en cuenta que, como el calor no es una funcin de estado se usa SQ, en lugar de dQ.La entropa Fsica es una forma clsica est definida por la ecuacin siguiente:

O ms simplemente cuando no se produce variacin de temperatura ( proceso isotrmico):S2-S1=Donde S es la entropa, Q1 2 la cantidad de calor intercambiado entre el sistema y el entorno y T la temperatura absoluta en Kelvin.Unidades: S=[ca/k]Los nmeros 1 y2 se refieren alos estados iniciales y finales de un sistema termodinmico.

SIGNIFICADO:El significado de esta ecuacin es el siguiente:

Cuando u sistema termodinmico pasa, en un proceso reversible e isotrmico del estado 1 al estado 2 el cambio en su entropa es igual a la cantidad de calor intercambio entre el sistema y media dividido por su temperatura absoluta.

De acuerdo con la ecuacin, si el calor se transfiere al sistema, tambin la hora la entropa, en la misma direccin. Cuando la temperatura es ms alta, el flujo de calor que entra produce un aumento de entropa menor. Y viceversa.Cuando el sistema evoluciona irreversiblemente, la ecuacin de Clausius se convierte en una ecuacin:

Al termino OP siempre positivo se le denomina produccin de entropa y es nulo cuando el proceso es reversible salvo irreversibilidades fruto de transferencia de calor con fuentes externas al sistema. En el caso de darse u proceso reversible y adiabtico, segn la ecuacin, ds=o, es decir, el valor de la entropa es constante y adems constituye un proceso iso entrpico.CICLO 2 DE CARRERAS (4T)El ciclo consta de cuatro procesos, dos de las cuales no participan en el ciclotermodinmico del fluido operante pero son fundamentales para la renovacin de cargo del mismo: E.A: Admisin a presin constante (renovacin de la carga) A.b:Compresin de la gases e isotrpicos. B-C: Combustiona aporte de calor o volumen constante. La presin se eleva rpidamente antes de compensar el tiempo til. C-D: Fuerza expansin del color residual al ambiente a volumen constante. A-E: escape vaciado de la cama a presin constante (renovacin de la carga) (isotnica).

CONCEPTO DE ENTROPIA:Es una magnitud que nos entrega el grado de desorden o caos de un sistema.Si algo se ordena es por que recibe energa externa al sistema.La entropa se aplic inicialmente a sistemas termodinmicas para tener una idea de la cantidad de calor disipado por un cuerpo.Si aumento el calor de un objeto, aumenta su entropa; si el calor disminuye, su entropa es menor. Si un objeto realiza trabajo sin cambio en la temperatura, la entropa no cambia, si se desprecia el aire.RELACION CON LA ENTROPIA TERMODINAMICA.EJEMPLO: Durante un proceso de adicin de calor isotrmico de un ciclo de Carnot, de 900Kj agregan al fluido de trabajo de una fuente que esta 400 c. Determina a. Cambio entropa del fluido, b. Cambio de entropa fuente, C. Cambio de entropa total para todo el proceso.RESPUESTA:El proceso es reversible e isotrmico por lo que el cambio de entropa para un proceso a temperatura constante se determina as:En la termodinmica se estudia un sistema de particular cuyos estados (usualmente posicin y velocidad) tienen una cierta distribucin de probabilidades, pudiendo ocupar varios micro estados posibles equivalentes a los smbolos en la teora de la informacin. La entropa termodinmica es igual a la entropa de la teora de la informacin de esa distribucin J/K. Cuando todos los micro estados son igualmente probables la entropa termodinmica toma la forma K log(N).

UN SISTEMA PUEDE DESCRIBIRSE DE DOS FORMAS: Macroscpicamente (P,V,T) Microscpicamente.Con un estado macroscpico hay muchos estados microscpicos compatibles.

CARACTERISTICAS DE LA ENTROPIA.No obstante la entropa se produce prcticamente en todo