Tipos De Trabajo Termodinamica

RELACIONES DE ENERGÍA, TRABAJO Y CALOR

MEDICIÓN DE LA ENERGÍA

La termodinámica no proporciona información acerca del valor absoluto de la energía total de un cuerpo o sistema, pero sí la variación de energía que se experimenta en los procesos, ya que es más fácil determinar estas variaciones de energía que pueden experimentar cuerpos o sistemas y se los hace dicha medida con algún punto de referencia seleccionado.

La unidad de energía que se usó en el pasado y que actualmente se usa en forma de calor es Caloría o kilocaloría y para la energía en forma de trabajo se usaba el kilopondio-metro [kp.m] en el sistema técnico. En el sistema internacional de unidades como unidad de energía se utiliza el Julio, kilojulio, para todas las formas de energía y en casos especiales en kWh (unidad derivada de la energía).

El Btu es una unidad de energía en forma de calor en el sistema Ingles y se define la cantidad de calor que se suministra a una libra de agua para elevar su temperatura 1º F.

1 Btu = 0,252 Kcal

1 Btu = 1,055056 KJ

1 Kcal = 4,186 KJ

1 KWh = 3600 KJ

1 KWh = 3412,14 Btu

1 termia = 10 Btu = 1,055x10 KJ (gas natural)

ENERGÍA MECÁNICA

La energía mecánica se puede definir como la forma de energía que se puede convertir completamente el trabajo mecánico de modo directo mediante un dispositivo mecánico. Las formas más familiares de energía mecánica son la energía cinética y la energía potencial gravitacional.

La energía mecánica de un fluido en movimiento es:

Energía cinética

Un cuerpo de masa “m” tiene energía cinética cuando está sometida a una fuerza que la desplaza con una cierta velocidad, por lo tanto podemos decir que esta energía cinética de dicho cuerpo es el trabajo para que adquiera cierta velocidad.

Energía potencial gravitatoria

La energía que posee un sistema como resultado de su elevación en un campo gravitacional se llama energía potencial y se escribe matemáticamente.

ENERGÍA INTERNA

La energía interna de un cuerpo o sistema (fluido de trabajo) se debe a su actividad interna atómica o molecular, es decir, la energía interna de un cuerpo variará si dicho cuerpo se le comunica o extrae por ejemplo calor y trabajo, como muestra la figura 3.1, el proceso de evaporación del agua, debido a esto puede producirse un alejamiento entre átomos o moléculas, lo que se traduciría en una energía potencial interna. También puede producirse al comunicar o extraer energía movimiento en los átomos o moléculas, movimiento de traslación, rotación, o vibratorio traduciéndose en este caso en energía cinética interna.

TRABAJO

En termodinámica, el trabajo puede ser considerado como energía que se transfiere a través de la frontera de un sistema, por ejemplo el sistema que contiene gas en un cilindro, tal como muestra la figura 3.2.

La convención escogida para el trabajo positivo es que si el sistema realiza trabajo sobre el entorno, es positivo, por el contrario si se adiciona energía o trabajo al sistema, es trabajo negativo.

Las unidades de trabajo en el sistema SI, Newton –metro (N-m) o Joules [J], en el sistema inglés, las unidades son ft-lbf.

1 Btu= 778 ft-lbf

Trabajo en las máquinas

En las máquinas alternativas se conocen tres clases de trabajo; Trabajo ideal, trabajo indicado y trabajo al freno (llamado también efectivo, útil, en el eje).

El trabajo ideal es el que efectúa el fluido operante o sistema en el interior del cilindro sin tomar en cuenta las pérdidas y puede calcularse.

El trabajo indicado es el trabajo que efectúa el fluido de trabajo en el interior del sistema tomando en cuenta las pérdidas.

El trabajo para el freno o trabajo efectivo, útil o en el eje es el trabajo medido precisamente en el eje de salida del motor.

Trabajo de expansión y compresión

Se efectúa trabajo cuando al desplazarse el pistón que va desalojando la frontera del fluido operante o sistema desde el estado 1 hasta el estado 2, se dice que ejecuto trabajo de compresión, pudiendo graficarse esta variación de estado que experimenta el fluido operante en un diagrama presión-volumen. Por el contrario si consideramos un gas como fluido operante, de modo que este se encuentra inicialmente comprimido, luego al expandirse efectúa trabajo de expansión.

El trabajo total de compresión o expansión en cuasiequilibrio durante un cambio finito de volumen es el sumatoria de los términos PdV para cada cambio de volumen diferencial. Matemáticamente esto se expresa mediante la relación.

Téngase en cuenta que cuando el volumen disminuye, el valor del trabajo es negativo. La presión P debe expresarse en unidades absolutas. Una interacción de trabajo PdV está asociada con un proceso y su valor depende del camino del proceso.

Otras formas de trabajo

a) Trabajo eléctrico

Cuando se mueve una pequeña carga del punto 1 al punto 2 en un campo electrostático (por ejemplo un circuito eléctrico), el trabajo necesario para mover la carga en el campo se denomina trabajo eléctrico, puede calcularse como.

En el análisis de pilas químicas, baterías y condensadores, la diferencia de potencial es una propiedad intensiva del sistema. En estas condiciones, el trabajo eléctrico en equilibrio realizado sobre el sistema

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