Conceptos Fundamentales de Termodinámica y Potencia en Tecnología Industrial

Termodinámica y Conceptos Asociados

Calentamiento de Gases

Es un fenómeno radicalmente distinto según el proceso se realice a presión constante o a volumen constante. Por eso, al estudiar las posibles variaciones de temperatura que pueden experimentar los gases por acción del calor, es preciso definir:

• El calor específico del gas a presión constante.
• El calor específico del gas a volumen constante.

Representado por las ecuaciones:

Cp = Qp / (n * ΔT)

Cv = Qv / (n * ΔT)

Donde: Qp = ... y Qv = ... Fórmulas en las que n representa el número de moles del gas y ΔT el incremento de temperatura.

Termodinámica

La termodinámica estudia los procesos de transformación de trabajo en calor y viceversa, estableciendo primeramente las equivalencias entre trabajo y calor y determinando, después, en qué condiciones puede obtenerse trabajo a partir de energía térmica.

Sistemas Termodinámicos

• Homogéneos: si su composición interna es uniforme, como un gas, líquido o sólido puro.
• Heterogéneos: si su composición interna no es uniforme, como un líquido en presencia de su vapor.
• Abiertos: es posible el intercambio de materia y energía con el exterior.
• Cerrados: si solo es posible el intercambio de energía con el exterior.
• Aislados: si no intercambian ni materia ni energía con el exterior. El universo es el único sistema realmente aislado desde el punto de vista termodinámico.

Primer Principio de la Termodinámica

En toda transformación que experimenta un sistema cerrado, la diferencia entre el calor intercambiado con el medio exterior y el trabajo realizado es un valor constante.

Ciclo de Carnot

Descripción de las etapas del ciclo:

1. El gas, inicialmente a la temperatura T1 correspondiente al foco caliente, se expande isotérmicamente desde el volumen V1 a V2, recorriendo la isoterma AB, absorbiendo calor Q1 y realizando trabajo contra el exterior.
2. El gas se expande adiabáticamente desde el volumen V2 a V3, produciendo trabajo, a la vez que su temperatura disminuye de T1 a T2.
3. El gas se comprime isotérmicamente a la temperatura T2 del refrigerante, cediendo a este una cantidad de calor Q2 y experimentando la acción de un trabajo exterior. En este proceso, el gas sigue la isoterma CD.
4. Tiene lugar una compresión adiabática desde D hasta A, recuperando el gas su volumen primitivo V1 y pasando su temperatura de T2 a T1.

Conceptos de Potencia

Potencia de Rotación

Cuando un motor gira bajo la acción de un par motor M, la potencia desarrollada será:

P = M * ω

Donde ω es la velocidad angular.

Trabajo Eléctrico

Cuando una carga Q se mueve entre dos puntos de un campo eléctrico cuya diferencia de potencial es ∆V, el trabajo realizado viene dado por:

W = Q * ∆V

Potencia Hidráulica

Consideramos una zona de tubería de sección S, por la que circula un fluido con velocidad v. El caudal Q será:

Q = S * v

Por lo tanto, la velocidad puede expresarse como:

v = Q / S