Leyes de la termodinámica y transferencias de calor

LEYES DE LA TERMODINAMICA Y TRANFERENCIAS DE CALOR

MARLON MARTINEZ

KEVIN TAPIA

KAREN VALENCIA

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE

ADMINISTRACION MARITIMA Y FLUVIAL

TECNICO PROFESIONAL EN OPERACIONES PORTUARIAS

BARRANQUILLA

2016

LEYES DE LA TERMODINAMICA Y TRANFERENCIAS DE CALOR

TABLA DE CONTENIDO                                                                

1.        INTRODUCCIÓN        1

2.        OBJETIVOS        2

2.1 OBJETIVO GENERAL        2

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS        2

3.        MARCO TEÓRICO        3

3.1 PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINAMICA        3

3.2 PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA        4

3.3 SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA        5

3.4 TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA        6

4.        TRANSFERENCIA DE CALOR        7

4.1 MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR        7

4.1.1 CONDUCCION        7

4.1.2 CONVECCION        8

4.1.3 RADIACION        9

5.        TIPOS DE ALIMENTOS SEGÚN SU ESTADO TERMICO        11

5.1 ALIMENTOS REFRIGERADOS        11

5.2 ALIMENTOS A TEMPERATURA AMBIENTE        12

5.3 ALIMENTOS QUE DEBEN MANTENERSE CALIENTES        13

CONCLUSIONES        14

RECOMENDACIONES        15

BIBLIOGRAFÍA        16

1. INTRODUCCIÓN

La termodinámica es la parte de la física que trata de los fenómenos relacionados con la energía térmica y de las leyes (que a continuación se detallaran) que rigen su transformación en otro tipo de energía. La variación de energía térmica acumulada en un medio en un proceso de calentamiento o de enfriamiento se obtiene como el producto de la masa del medio, por su calor específico y por el salto térmico. Pero no toda la energía térmica almacenada en un medio es utilizable.

El desarrollo tecnológico ha sido el elemento básico que ha permitido al hombre utilizar nuevas fuentes de energía de manera cada vez más eficiente. Pero este progreso también tiene sus límites.

Todos los procesos de aprovechamiento energético recurren en un momento al intercambio de energía térmica. La energía nuclear genera una energía cinética que se transforma en energía térmica. La energía eólica es consecuencia de las variaciones térmicas en la atmósfera.

1. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

1) Dar a conocer los conceptos básicos de las leyes involucradas en el estudio de la termodinámica.

2) Lograr un incremento en el conocimiento de la termodinámica.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1) Explicar visualmente en que consiste el Conducción, Convección y Radiación.

2) Dar a conocer que se entiende por Principio Cero de la Termodinámica.

3) Transmitir los conceptos de la trasferencia del calor.

4) Representar las clases de sistemas utilizados en la termodinámica.

5) Enunciar las leyes de la termodinámica.

1. MARCO TEÓRICO

 3.1 PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINAMICA

Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado.

En palabras simples: «Si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan».

Tiene una gran importancia experimental «pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica.

El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez está dentro del físico químico y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.

Este principio fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.

Resumidamente: Si dos sistemas están por separado en equilibrio con un tercero, entonces también deben estar en equilibrio entre ellos.

Si tres o más sistemas están en contacto térmico y todos juntos en equilibrio, entonces cualquier par está en equilibrio por separado.

3.2 PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que, si se realiza trabajo sobre un sistema o bien este intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolás Leonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

[pic 1]

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

[pic 2]

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.

Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma [pic 3]. Ambas expresiones, aparentemente contradictorias, son correctas y su diferencia está en que se aplique el convenio de signos IUPAC o el Tradicional.

[pic 4]

3.3 SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

Este principio marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, dice algo así como que una mancha de tinta dispersada en el agua no puede volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo a otro sin pérdidas. De esta forma, el segundo principio impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta solo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.

La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.

Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.

Enunciado de Celsius:

En palabras de Sears es: «No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada».

Enunciado de Kelvin—Planck:

Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito, con la realización de una cantidad igual de trabajo. Sería correcto decir que "Es imposible construir una máquina que, operando cíclicamente, produzca como único efecto la extracción de calor de un foco y la realización equivalente de trabajo". Varía con el primero, dado a que, en él, se puede deducir que la máquina transforma todo el trabajo en calor, y, que el resto, para otras funciones... Este enunciado afirma la imposibilidad de construir una máquina que convierta todo el calor en trabajo. Siempre es necesario intercambiar calor con un segundo foco (el foco frío), de forma que parte del calor absorbido se expulsa como calor de desecho al ambiente. Ese calor desechado, no pude reutilizarse para aumentar el calor (inicial) producido por el sistema (en este caso la máquina), es a lo que llamamos entropía.

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