aplicaciones de termodinámica

PRINCIPALES APLICACIONES DEL BALANCE ENERGÉTICO EN LA INGENIERÍA TÉRMICA


INTRODUCCION:
Habitualmente se define la energía como la capacidad de la materia para producir trabajo, pudiendo adoptar distintas formas, todas ellas interconvertibles directa o indirectamente unas en otras.
El balance de energía al igual que el balance de materia es una derivación matemática de la "Ley de laconservación de la energía" (Primera Ley de La Termodinámica), es decir "La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma". El balance de energía es un principio físico fundamental al igual que la conservación de masa, que es aplicado para determinar las cantidades de energía que es intercambiada y acumulada dentro de un sistema. La velocidad a la que el calor se transmiten dependedirectamente de dos variables: la diferencia de temperatura entre los cuerpos calientes y fríos y superficie disponible para el intercambio de calor. También influyen otros factores como la geometría y propiedades físicas del sistema y, si existe un fluido, las condiciones de flujo. Los fluidos en bioprocesado necesitan calentarse o enfriarse.

Uno de los principales intereses del balance de energía esdeterminar la cantidad de energía que tiene un sistema, sin embargo esta no puede ser determinada, es decir no podemos conocer la energía absoluta en un momento determinado. En realidad lo que nos interesa es conocer los cambios en los niveles de energía que puede experimentar un sistema, para lo cual es necesario definir claramente la frontera entre el sistema o sus partes y los alrededores o elentorno.
Propiedades, estados y formas de energía

Al observar por ejemplo un cubo de hielo que se derrite cuando queda expuesto al ambiente, el Hg que asciende dentro del termómetro cuando éste es sumergido en un líquido caliente o el desplazamiento de un pistón dentro de un cilindro por expansión del gas contenido, notamos lo siguiente. Si bien la materia no cambió, se produjo un cambio en suestado y para lograrlo fue indispensable que interviniera un agente físico fundamental: la ENERGIA.
Los fenómenos a los que hicimos referencia, revelan detalles importantes sobre la energía, estos son:
1- La materia “almacena” energía.
2- La energía se puede transferir a otros cuerpos materiales.
3- La transferencia se produce cuando hay un desequilibrio de fuerzas o
temperatura.
Yahemos visto la 1º ley de la Termodinámica que dice que la Energía total del universo es constante (a nivel macroscópico). O sea que la Energía en cualquier proceso y en cualquier sistema sólo cambia de forma.
La Energía sólo tiene dos estados posibles:
1- Residente: Almacenada en algún reservorio.
2- Migratorio: Transfiriéndose de una reservorio a otro por efecto a de algún desequilibrio (defuerza o temperatura), que actúa como fuerza impulsora.
En el estado residente es energía interna (U), energía cinética (1/2 v2; es decir traslación respecto a coordenadas estacionarias) o energía potencial (gh; es decir elevación sobre una referencia).
En el estado migratorio es el Calor la fuerza impulsora es una diferencia de temperatura T) o bien Trabajo (desequilibrio entre fuerzas eimplica un desplazamiento).
La Energía que no cruza las fronteras de un sistema no puede clasificarse como trabajo ni como calor.

Energía Interna (U): Es la suma de las energías que contienen todas y cada una de las moléculas que constituyen la materia. Las moléculas están en permanente movimiento
(se trasladan, vibran y rotan); y además poseen energía potencial debido a las fuerzas deatracción y repulsión entre ellas. Esta determinada por la presión, temperatura y estructura atómica de las moléculas de cada sustancia en particular y es absolutamente independiente del estado de reposo o movimiento de la masa y de su posición en el espacio. No es posible medirla ni calcular su valor absoluto, sin embargo adoptando algún estado arbitrario de referencia como nivel cero de energía...