Transferencia de calor y Termodinamica

Transferencia de Calor  Sucede entre el cuerpo y los alrededores hasta lograr el EQUILIBRIO TÉRMICO  es decir, el cuerpo y los alrededores alcanzan la MISMA TEMPERATURA. La dirección de la transferencia de energía es siempre del cuerpo de temperatura más alta al de temperatura más baja. El calor como forma de energía en tránsito se puede transferir de 3 formas.

• Conducción 
• Convección
• Radiación

 Conducción

• La transmisión de calor por conducción se da cuando se ponen en contacto dos materiales a diferente temperatura.
• La agitación térmica es mayor en el de temperatura más elevada, por lo que cuando se produce un choque de una de las moléculas de la superficie del más caliente con una de las moléculas superficiales del más frío, El resultado es que la temperatura del más caliente disminuye y la del más frío aumenta. 

Convección

Es la forma de transferencia de energía entre una superficie sólida y un fluído (líquido o gas) adyacente que está en movimiento e implica los efectos combinados de CONDUCCIÓN y del MOVIMIENTO DE UN FLUIDO. Cuando mayor es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por CONVECCIÓN.

Radiación

El tercer mecanismo de transmisión de calor es la radiación. Todo cuerpo, por estar a una cierta temperatura, emite ondas electromagnéticas, pudiendo también absorberlas. La emisión de estas ondas por un cuerpo y su absorción por otro implica una transmisión de energía que identificamos como calor.

Este vídeo nos da un claro ejemplo de los tres tipo de propagación de calor 

Conducción, radiación y conviección respectivamente 

Aplicación de Transferencia de Calor a la Carrera de Maquinaria de Planta

Los fenómenos de transferencia son generalmente parte del programa de estudios de Ingeniería Industrial o Maquinaria de Plantas. Comúnmente, los conocimientos sobre termodinámica son una condición previa para el estudio de la transmisión de calor, dado que las leyes de la termodinámica son esenciales para comprender el mecanismo de la transferencia de calor. Otras disciplinas relacionadas con la transmisión de calor incluyen la conversión de energía, termofluídos y transferencia de materia.

Los métodos de transferencia de calor se usan en las siguientes disciplinas, entre otras:

• Sistemas electrónicos
• HVAC
• Aislamiento
• Procesamiento de materiales
• Ingeniería de centrales de energía

TERMODINÁMICA

• La termodinámica puede definirse como el tema de la Física que estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.

• Al hablar de termodinámica  con frecuencia se usa el término "sistema". Por sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar. El resto, lo demás en el Universo, que no pertenece al sistema, se conoce como su "ambiente". Se consideran varios tipos de sistemas. En un sistema cerrado no entra ni sale masa, contrariamente a los sistemas abiertos donde sí puede entrar o salir masa. Un sistema cerrado es aislado si no pasa energía en cualquiera de sus formas por sus fronteras.

Aplicaciones de La termodinámica a la carrera de Maquinaria de planta

• Las turbinas se emplean masivamente en la ingeniería industrial y eléctrica como parte de los ciclos termodinámicos de transformación de calor en movimiento, así como en la ingeniera Aeronáutica  en donde se utilizan como motores de aviones.

• Una turbina hidráulica es un elemento que aprovecha la energía cinética y potencial del agua para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una maquina o bien un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica  Claramente observamos el principio de termodinámica debido a que existe un cambio energético entre los dos sistemas.

Calor y Temperatura

EL CALOR: Es  la energía total  de un objeto que este posee, debido a un constante movimiento de sus moléculas  ; es decir ,el calor es energía en tránsito. El calor siempre se transmite de un cuerpo caliente a otro más  frió nunca al revés. 

LA TEMPERATURA: Es una propiedad o una medición  de los sistemas que determinan si un cuerpo esta caliente o frío, para lo cual se mide con una herramienta llamada termómetro  existen diferentes tipos, como el termómetro de mercurio.

Aplicación 

• La temperatura lo es casi todo en ingeniería  todo viene influido por la temperatura, el calor es diferente, el calor es una energía y como tal se aprovecha en centrales que la ingeniería industrial diseña (centrales nucleares, térmicas, solares). 

• El mundo sigue avanzando, por lo tanto se investiga nuevas formas de aprovechamiento del calor, por ejemplo encontramos el calor en máquinas térmicas  la cual nos dice que transforma el calor en nuevas formas de energía, como el petroleo, madera o agua. 

• Si aprovechamos la temperatura y si alguna vez llegamos a la temperatura del 0 absoluto de algunos materiales, lograremos muchas cosas en el futuro debido a la supercontuctividad de estos mismos, actualmente se utiliza en medicina, en transporte públicos.

DILATACIÓN 

• Se llama así a la  mayoría de los cuerpos que se expanden  cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían.
• Al calentar un cuerpo, las moléculas se mueven más rápido, chocan fuertemente y se separan entre ellas.

DILATACION LINEAL

• Se aplica para alambres muy delgados o elementos muy finos donde su dimensión principal es su longitud.

• Por ejemplo un alambre a la longitud inicial  "Lo" a la temeperatura  "To" luego calentamos dicho elemento hasta "Tf", entonces sufre un aumento de longitud     (longitud final).

ΔL = Lf - Li      >>      Lf  = Li .(1 + α . ΔT)

DILATACION SUPERFICIAL

• Este proceso se aplica para placas o laminas muy delgadas donde solo nos interesa la variación de la superficie.

• Por ejemplo una placa de area o superficie inicial "So" a la temperatura "To", luego calentamos dicha placa hasta "Tf", entonces sufre un aumento de area de superficie final

Sf  = Si .(1 + β . ΔT)             *β = 2 . α



DILATACION DE VOLUMETRICA

• Es un caso mas general del fenómeno de la dilatación térmica. Todos los cuerpos aumentan su volumen cuando su temperatura aumenta.

• Por ejemplo un cilindro de volumen inicial "Vo" a la temperatura  "To", luego calentamos dicho cilindro hasta  "Tf", entonces sufre un aumento de volumen final.

Vf  = Vi .(1 + γ . ΔT)           * γ = 3 . α

APLICACIONES DE LA DILATACIÓN A NUESTRA CARRERA:

Los constructores de casas, puentes, edificios y carreteras deben tomar en cuenta los efectos de la dilatación térmica.

Ya que cuando se construye un piso de madera, se deja espacio entre los extremos y las paredes de la habitación, el  espacio se deja para prevenir que la dilatación térmica pueda ocasionar torceduras o fracturas en la madera del piso.

Existen otros aplicaciones de dilatación:

1.     Un riel de acero se alarga a medio día y se acorta en la noche.

2.     Cuando un gas se calienta se dilata y aumenta su volumen.

3.     El mercurio de un termómetro se alarga o acorta dependiendo de si la temperatura sube o baja.

4.     Cuando va a nacer un bebé el cuello de matriz se dilata para permitir su paso.

5.     La pupila se dilata, es decir se hace más grande, dependiendo de la cantidad de luz

Como se observa la dilatación se pude aplicar de muchas maneras no solo en materiales, edificios, sino también en el desarrollo de la humanidad diaria.