Energía calórica y cambios de fase

Energía calórica y cambios de fase

La energía calórica: es la  energía que se libera en forma de calor, también conocida como térmica. En todos los materiales los átomos que forman sus moléculas están en continuo movimiento. La energía se mide en Julios (J) según el sistema internacional. Aunque cuando se trata de energía calorífica también se suelen utilizar las calorías (cal).

 Fórmula: Q = m. Ce. Dt

EJ: calor del sol, combustibles como: gas, carbón, electricidad y petróleo.

Transmisión:

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Cambios de Fase:

1. Solidificación: cantidad de calor que desprende la masa de un líquido al solidificarse a su temperatura de congelación.
2. Evaporación: cantidad de calor necesaria para convertir un líquido a su temperatura de ebullición.
3.  Condensación: calor que es liberado por la masa de un gas que se encuentra en su punto de ebullición al condensarse en un fluido.

El calor específico:   cantidad de calor que hay que suministrar a toda la masa o cantidad total de moles de una sustancia determinada para elevar su temperatura en un grado kelvin o Celsius, y la define la siguiente ecuación diferencial:

Fórmula: Ce = dQ/mxdT

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La capacidad calórica: es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Viene dada por:

Fórmula: C= Q/Dt

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Diagrama de fase: son representaciones graficas de las condiciones termodinámicas o cambios de la materia que están presentes en un sistema material de acuerdo a la presión y a la temperatura.

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Entalpía: cantidad de energía que un sistema termodinámico intercambia con su medio ambiente en condiciones de presión constante, es decir, la cantidad de energía que el sistema absorbe o libera a su entorno en procesos en los que la presión no cambia. Matemáticamente

H = U + pV

cambio de entalpía ( Δ H).

ΔH = DH(final o productos) – DH (inicial o reactivos)

LEY DE HESSL permite tratar las ecuaciones termoquímicas como ecuaciones algebraicas, y pueden sumarse, restarse o multiplicarse por un número, igual que las entalpías de reacción, para hallar la ecuación termoquímica deseada.

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Entropía: es una función estado que mide el grado de desorden molecular de los sistemas.  La entropía aumenta cuando el sistema se desordena y disminuye cuando aumenta el orden molecular. La fórmula de variación de entropía es:

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ANÁLISIS LA ENERGÍA Y LOS CAMBIOS DE FASE EN LA INDUSTRIA:

En la industria, la aplicación y uso de la energía y los cambios de fase en los procesos, se ven reflejados en el desarrollo de productos y/o materiales llamados PCM, del inglés Phase Changes Materials, que significa materiales de cambio de fase; estos materiales se denominan así debido a que cambian de estado (principalmente de líquido a sólido y viceversa), además, de que tienen la capacidad de liberar o absorber gran cantidad de energía térmica, es decir, que acumulan energía en forma de calor, y pueden tener diversas aplicaciones, creando así productos que podemos utilizar en nuestra vida. Para el empleo de estos materiales, es necesario el uso del encapsulado con la finalidad de evitar  pérdidas cuando el material cambie de fase, este encapsulado puede ser macro y micro encapsulado. Algunas aplicaciones de los PCM en la industria son: en la industria alimentaria, los ingredientes de los alimentos son encapsulados por varias razones, sin embargo una de las más importantes es que, la mayoría de los aromas son volátiles, por lo que la encapsulación de estos componentes extiende la vida útil de los productos mediante la retención en el sabor de los alimentos, que de otra manera se evaporaría, se perdería o realizaría  reacciones causadas por la exposición a la luz; en la industria farmacéutica , algunas variedades de formulaciones farmacéuticas orales e inyectables son encapsuladas para ser liberadas durante períodos más largos de tiempo o en determinados lugares del cuerpo. La aspirina, por ejemplo, puede causar úlceras pépticas y hemorragias si la dosis se introduce a la vez, por ello, se comprimen en  cantidades de microcápsulas que poco a poco liberan la aspirina a través de sus envoltorios, disminuyendo el riesgo de daño estomacal; en la industria de construcción, se ha incorporado en los materiales de construcción, para aumentar la eficiencia energética de los edificios residenciales y comerciales, estos materiales se utilizan en combinación con el calor radiante y la energía solar para ampliar la eficiencia de la calefacción y la refrigeración de estos sistemas, también se están incorporando en paredes, yesos, techos, entre otros;  en la industria electrónica,  se pueden emplear para enfriar los componentes eléctricos en las computadoras, el aumento de ciclos de trabajo en los láseres, y ayudar a mantener una temperatura constante de instrumentación científica y equipo militar utilizado en el campo; y la industria textil, usa estos materiales para absorber y liberar calor en respuesta a cambios de  temperaturas en el entorno, cuando la temperatura aumenta, el material se funde, absorbiendo el exceso de calor, por el contrario, cuando las temperaturas descienden, el material libera calor que se solidifica y se siente caliente, esta característica puede aprovecharse para aumentar el nivel de confort para los equipos deportivos, equipos militares, ropa, y muchos otros productos de consumo. También existen algunos proyectos importantes que se han realizado con este tipo de productos como por ejemplo, un sistema de agua caliente sanitaria conectado a un colector solar, con el objetivo de almacenar el exceso de calor durante las horas diurnas y disponerlo durante la noche; un sistema de energía geotermia de baja entalpía, manteniendo las mismas prestaciones de un acumulador comercial pero reduciendo sus dimensiones y conseguir que las bombas de circulación del sistema trabajasen menor tiempo durante el día y más por la noche; y en grandes cámaras de ultra-congelado (-20 °C) alimentarias, disponer de un sistema termorregulador para reducir las fluctuaciones térmicas que perjudican la conservación de los alimentos. En síntesis, podríamos decir que la energía es uno de los recursos más usados por el ser humano, utilizando distintos tipos de energía ya sea renovable o no renovable, algunas de las más conocidas son la energía solar, la energía por combustibles como el petróleo y la energía eléctrica la cual es una de las energías más aprovechadas hoy en día, no obstante,  el uso de la energía y sus cambios de fase en la industria se utiliza como un método eficiente para obtener los efectos térmicos de regulación en los sistemas de calentamiento y enfriamiento. Además, entre las clasificaciones de los diferentes procesos disponibles a nivel industrial, los  PCM pueden ser considerados ideales para incorporarlos a materiales termoplásticos, con el objetivo de mejorar la eficiencia energética y regulación térmica.

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