PRINCIPIOS FÍSICOS 2

PRINCIPIOS FÍSICOS 2

1. Ecuación de la energía (primera ley de la termodinámica)

   • Rama de la física que trata de la transformación entre el calor y el trabajo.
   • Puede ser enunciada de muchas formas
     • como
       • La energía no puede ser creada ni destruida",
   • Se utiliza
     • en
       • Los procesos de refrigeración
         • Especialmente cuando
           • Se enuncia como el siguiente balance de energía
             • La energia agregada a un sistema (Eent), menos la energia removida del sistema (Esal), es igual al cambio de energia (Ecamb) en el sistema.
               • Como ecuación de la energía
                 • Para cualquier sistema
                   • Se convierte en
                     • Cambio de energia = energia agregada - energia removida
                       • Ecamb= Eent - Esal
                   • Sistema puede referirse a cualquier cuerpo o grupo de cuerpos relacionados entre si.
                     • Ejemplo
                       • El aire contenido en una habitación
                       • Un evaporador de refrigeración
                       • El gas que fluye a través de un compresor
                     • La energía que se agrega (que entra) o se remueve (que sale) del sistema, puede encontrarse ya sea en forma
                       • de
                         • Calor
                         • Trabajo
                         • Ambos

2. Liquidos, vapores y cambio de estado de los mismos

   • Las sutancias
     • Pueden existir
       • En 3 diferentes estados
         • Sólido
         • Líquido
         • O vapor (gas)
     • Cuando se transforman
       • De liquido a vapor (ebullicion),
         • Se demuestra más claro en el siguiente experimento
           • • A) Condición inicial (liquido subenfriado)
             • B) Se agrega calor, la temperatura aumenta (Iiquido subenfriado).
             • C) Se agrega calor, el Iiquido alcanza el punta de ebuIlición (Líquido saturado).
             • D) Se agrega calor, el liquido empieza a transformarse en vapor, no hay aumento de la temperatura.
             • E) Se agrega calor, todo el liquido se evapora (vapor saturado)
             • F) Se agrega calor, aumenta la temperatura del vapor (vapor sobrecalentado).
             • EI liquido subenfriado es un liquido cuya tem- peratura es inferior a la de su punto de ebullicion.
             • EI liquldo saturado y el vapor saturado son el liquido y el vapor en el punto de ebullicion (punto de condensacion). EI vapor sobrecalentado, es el vapor cuya temperatura es superior a la del punto de ebullici6n.
       • De vapor a liquido (condensación)

3. Dependencia de la temperatura de ebullicion con respecto a la presión

   • La conclusion que se puede derivar del experimento anterior, es que eI agua cambia de estado de un liquido a un gas a 212°F y 14.7
     • • • Curva de presion temperatura del punto de ebullicion del agua; se Ie conoce tambien como la curva de presion del vapor.

4. La teoria molecular (cinetica) de los liquidos y los gases

   • EI proceso de ebullicion y la dependencia de la temperatura del punto de ebullición
     • Con respecto a
       • La presion circundante, puede explicarse haciendo referencia a
         • La teoria molecular (cinetica) de los liquidos y Ios gases.
   • Toda la materia está compuesta de particulas llamadas moleculas.
     • Las moleculas de una sustancia estan constantemente en movimiento
       • Asímismo
         • Fuerzas que
           • Mnotivan atracciones mutuas. Mientras mas cerca estan entre SI las moleculas, mayores son las fuerzas de atraccion.
             • Cuando una sustancia se encuentra en estado liquido, las moleculas estan mas cercanas entre si que cuando esta en estado gaseoso, y por consiguiente las fuerzas de atraccion son mayores.
               • Asimismo
                 • Las moleculas en estado gaseoso se mueven con mayor rapidez que las moleculas en estad o liquido, y poseen por lo tanto mayor energia,
                   • Esta es la razon por la que se requiere calor para hacer hervir un liquido.
                     • Se requiere
                       • energfa termica para vencer las fuerzas de atraccion que mantienen a las rnoleculas relativamente cercanas entre si, de manera que se separen aun mas y cambien su estado al de un gas

5. Condicion saturada, subenfriada y sobrecalentada

   • La condicion de presion y temperatura a la cual tiene lugar la ebullicion, se conoce
     • Como
       • la condicion saturada, y e) punto de ebullicion se conoce tecnicamente como la temperatura de saturacion y la presion de saturacion.
         • El vapor saturado es vapor a La temperatura de ebullicion
           • y
             • el liquido saturado es liquido a Latemperatura de ebullicion.
               • Cuando la temperatura del vapor es superior a su temperatura de saturacum (punta de ebullicion), se llama vapor sobrecalentado.
                 • Y
                   • Cuando la temperatura del liquido es inferior a su temperatura de saturacion, se llama liquido subenfriado.

6. Tablas de las propiedades saturadas

   • indican las ternperaturas de saturacion y sus correspondientes presiones, asl como otras propiedades a las condiciones de saturacion.
     • Por otro lado
       • En el caso del agua
         • Las tablas se conocen comunmente como las tablas de vapor saturado. EI apendice 3 constituye una tabla abreviada de las propiedades saturadas del agua.
           • Ejemplo
             • A que temperatura hierve el agua a una presion de 11.5 Ib/pulg2 abs?
               • Solucion En el apendice 3 se observa que la temperatura de saturacion (punto de ebullicion) a 11.5 Ib/puIg2 abs es de 200°F.

7. Refrigeracion por evaporacion

   • EI hecho de que la materia tiene una naturaleza molecular, explica por que una subita dis- minucion de la presion que rodea a un Iiquido puede hacer que este hierva, dando por resultado un proceso de refrigeracion.
     • Cuando una sustancia se encuentra en estado Iiquido
       • Ocurre que
         • si la presion circundante se hace disminuir subitamente a un valor inferior al de su presion de saturaci6n, el li- quido empezara a hervir vigorosamente
           • para
             • pasar al estado gaseoso.
               • La velocidad de las moleculas es suficientemente alta para permitirles que escapen rapidamente a la presion mas baja, pero no a Ia presion original mas elevada.
                 • La ebulIicion enfriara la sustancia a la temperatura de saturacion correspondiente a la presion mas baja,
                   • Cuando el liquido hierve, absorbe su correspondiente calor latente de vaporizaci6n de cualquier cuerpo circundante, enfriandolo.
                     • De esta manera se logra la refrigeracion.

8. Determinacion de la cantidad de calor agregado o removido

   • Se puede utilizar la ecuacion de la energia (2.1) para determinar que cantidad de calor se debe agregar 0 extraer de una sustancia para que cambie de una condicion a otra.
     • Los cambios en las condiciones que experimentan los liquidos Y los gases se llaman procesos.
       • En la mayoria de los procesos de refrigeracion, cuando se agrega remueve calor, cambia la ental pia de Ia sustancia. En este caso, la ecuacion de la energia se convierte en

9. Calor sensible y calor latente

   • Cuando el calor agregado o extraido de una sustancia resulta en un cambio de temperatura y ningun cambio de estado, se tiene entonces que al cambio de entalpia en la sustancia se Ie llama
     • carnbio de calor sensible
       • Cuando el calor agregado o removido de una sustancia resulta en un cambio de estado (a temperatura constante), entonces al cambio de entalpia en la sustancia
         • se Ie llama cambio de calor latente
           • Al aumento de entalpia, al efectuarse el cambio de liquido a vapor
             • se Ie llama calor latente de vaporizacion
               • Al efecto opuesto, o sea la disminucion de entalpia al efectuarse el cambio de vapor a liquido
                 • se le llama calor Iatente de condensación. Es igual al calor latente de vaporizacion.

10. Calor especifico: la ecuacion del calor sensible

    • Es la cantida de calor en Btu, necesaria para cambiar la temperatura de na libra de la sustancia, un grado F (unidades U.S.), a 5 9°F.
      • Ecuacion del calor sensible. De la definicion del calor especifico se deduce que la cantidad de calor necesaria para cambiar libras de una sustancia, de una temperatura a otra es:
        • • A esta ecuacion se le llama
            • ecuacion del calor sensible
              • Ya que
                • se aplica tanto a un proceso de calentamiento como a uno de enfriamiento
                  • En donde
                    • La temperatura de la sustancia cambia pero no tiene lugar ningun cambio de estado

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