Conceptos Fundamentales de Física, Termodinámica y Mecánica de Fluidos

Conceptos Fundamentales de Mecánica y Energía

Fuerza

Aquello que produce una **aceleración** cuando se le aplica a una masa. Acción o influencia capaz de modificar el estado de **movimiento** o de **reposo** de un cuerpo. Su unidad en el SI es el **newton (N)**.

Trabajo (W)

En términos físicos, se define como el **producto escalar** de la **fuerza aplicada** por la **distancia recorrida**.

Energía

Se define como la **capacidad** de un cuerpo para **realizar trabajo**.

Potencia

Cantidad de **trabajo (W)** o **energía** liberada en la **unidad de tiempo**. Es equivalente a:

• La velocidad de cambio de energía en un sistema.
• La velocidad en realizar un trabajo.

Fórmula de la Potencia: $P = \frac{Trabajo}{Tiempo} = \frac{Energía}{Tiempo}$. La unidad es **Joule/segundo**, que equivale al **Watt (W)**.

Conceptos de Presión

Atmósfera (Unidad de Medida)

Se define como la presión que, a 0 °C, ejerce el peso de una columna de mercurio de **760 mm** de altura.

Presión Manométrica (Presión Relativa)

Corresponde a las presiones medidas con respecto a la **presión atmosférica**.

Conceptos de Termodinámica y Calor

Energía Calórica (Calor)

Aquella energía que fluye de un cuerpo a otro, tendiendo a igualar las temperaturas, moviéndose desde el cuerpo más **caliente** al de menor **temperatura**.

Temperatura

Medición indirecta del grado de **agitación media** de las partículas que componen un cuerpo, utilizando una propiedad física del elemento de medida. La variable física más usada es la **dilatación lineal**.

Caloría (cal)

Es la **unidad de medida del calor**. Se define como la cantidad de energía que se debe entregar o quitar a **un gramo de agua** para que su temperatura varíe **1 °C**. (Esta definición se aplica bajo condiciones específicas de presión estándar, generalmente entre 14,5 °C y 15,5 °C).

Capacidad Calórica

Es la energía que se debe entregar o extraer a la **masa** de un cuerpo para que su temperatura aumente o disminuya en **un grado**.

Unidades Comunes de Capacidad Calórica:

• Joule/°K
• cal/°K
• BTU/°F
• BTU/°R

Poder Calorífico de un Combustible

Es la cantidad de energía que libera un material cuando es **combustionado** por **unidad de masa**.

Sistemas Termodinámicos y Entorno

Sistema

Puede ser cualquier objeto, cantidad de materia o región del espacio seleccionado para su estudio y **aislamiento conceptual**.

Entorno

Es todo lo que se encuentra **fuera del sistema**.

Tipos de Sistemas

Sistema Aislado

No intercambia **materia** ni **energía** con su entorno.

Sistema Cerrado

Solo intercambia **energía** con el entorno, pero no **materia**.

Sistema Abierto

Sistema que puede intercambiar **materia** y **energía** con su entorno.

Mecánica de Fluidos

Fluido

Aquella materia que se caracteriza por su **viscosidad**. Es un material que, sometido a una diferencia de presión o a un campo gravitacional, **escurre**.

Redes (Hidráulicas/Térmicas)

Son complejos o circuitos conformados por **tanques** y **cañerías**, destinados a **trasladar fluidos**.

Mecanismos de Transferencia de Energía (Calor)

Convección

Transferencia de energía mediante la **mezcla íntima** de distintas partes del material, lo que implica **intercambio de materia**.

Convección Natural

El origen del mezclado es la **diferencia de densidades** causada por una diferencia de temperatura.

Convección Forzada

La causa del mezclado es un **agitador mecánico** o una **diferencia de presión**.

Conducción

Transferencia de energía desde cada porción de materia a la materia adyacente por **contacto directo**, sin intercambio, mezcla o flujo de material.

Radiación

Transferencia de energía mediada por **ondas electromagnéticas**, emanadas por los cuerpos a alta temperatura y absorbidas por los cuerpos a temperatura más baja.