Energia .

La energía es la capacidad de los cuerpos o conjunto de éstos para efectuar un trabajo. Todo cuerpo material que pasa de un estado a otro produce fenómenos físicos que no son otra cosa que manifestaciones de alguna transformación de la energía.Capacidad de un cuerpo o sistema para realizar un trabajo. La energía eléctrica se mide en kilowatt-hora (kWh).

La  energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se denomina:

Energía térmica

Energía eléctrica

Energía radiante

Energía química

Energía nuclear

La unidad internacional de energía es el Julio, pero habitualmente se mide en kilocalorías (kcal) (1 kcal = 1000 calorías o 1 Caloría grande) o en kilojulios (kJ) (1 kcal = 4.184 kJ).

Unidades de energía

1 kilocaloría (kcal) =1 Caloría grande = 1000 calorías pequeñas

1 kilojulio (kJ) = 1000 julios (J)1 kilocaloría (kcal) = 4.184 kJ1 kJ = 0.239 kcal1 megajulio (MJ) = 1000 kJ = 239 kcal

1 kcal = 0.004184 MJ

Calor.

Energía que se manifiesta por un aumento de temperatura y procede de la transformación de otras energías; es originada por los movimientos vibratorios de los átomos y las moléculas que forman los cuerpos. "el calor dilata los cuerpos; el rozamiento o la fricción de dos superficies produce calor".

El calor es una forma de energía, y sus unidades de medida son el Joule (J) y la caloría (cal) (1 cal = 4,186 J) que fue definida en su momento para el calor cuando no se había establecido que era una forma de energía.

Caloría: Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a un gramo de agua para cambiar su temperatura en 1º C (cambiar  su temperatura significa aumentarla en 1º C o disminuirla en lº C).

Flujo de calor.

El flujo de calor es una transferencia de energía que se lleva a cabo como consecuencia de las diferencias de temperatura. La energía interna es la energía que tiene una sustancia debido a su temperatura, que es esencialmente a escala microscópica la energía cinética de sus moléculas.

Principio de equilibrio térmico.

Cuando dos sistemas se encuentran en contacto mecánico directo, o en su defecto, separados mediante una superficie que facilita la transferencia de calor, superficie diatérmica, se dirá que

ambos están en contacto térmico. Mientras tanto, al cabo de un tiempo, aunque los dos sistemas que se hallan en contacto térmico se encuentren dispuestos de tal manera que no puedan mezclarse o aunque estén colocados en el interior de un espacio en el cual es imposible que intercambien calor con el exterior, indefectiblemente, alcanzarán el estado de equilibrio térmico.

Temperatura.

Todas las escalas termométricas atribuyen un valor arbitrario a ciertos puntos fijos, dividiendo las escalas en un número de divisiones iguales. Las Escalas Termométricas son: 

Escala Celsius: Asigna como valores fijos el  0 ºC (punto de fusión del agua) y el 100 ºC (punto de ebullición del agua). El intervalo  0 – 100 lo divide en 100 partes iguales. La escala centígrada se usa preferentemente en trabajos científicos y en los países latinos. Escala Kelvin: Asigna como valores fijos el  0 ºK (Cero Absoluto) y el 273 ºK  (punto de fusión del agua). Las divisiones son iguales que en la escala Celsius. Cero Absoluto: Es la temperatura a la cuál cesa toda agitación térmica y es, por tanto, la mínima temperatura que puede alcanzar un cuerpo. La escala de temperaturas adoptada por el Sistema Internacional (SI) es la llamada escala absoluta o Kelvin.   Escala Fahrenheit: Asigna como valores fijos el  32 ºF (punto de fusión del agua) y el 212 ºF (punto de ebullición del agua). El intervalo entre ambas temperaturas se divide en 180 partes iguales. La escala Fahrenheit es más usada popularmente en los E.E.U.U. y en Inglaterra. Escala Reaumur: La temperatura de fusión del agua se designa por cero (0) y la ebullición del agua por 80, dividiéndose el intervalo entre ellas en 80 partes, cada una de las cuales se denomina grado réaumur (ºR). La escala réaumur se emplea exclusivamente en los países escandinavos.Escala Rankine:Es la escala absoluta correspondiente al Fahrenheit, donde el punto cero corresponde a -459.7 ºF.

Calor latente.

Calor latente es la cantidad de calor transferido a una unidad de masa de una sustancia para cambiar su estado. Se distingue entre calor latente de fusión, de evaporación y de solidificación. El calor ('Q') que hay que aplicar para que una masa de cierta sustancia cambie de fase se expresa con la fórmula Q = m L. 'L' representa el calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase. 

Calor latente de vaporización.

Cantidad de calor necesaria para convertir un líquido a su temperatura de ebullición en vapor a la misma temperatura; proceso inverso al de la condensación.

Calor latente de condensación.

Cantidad de calor que se desprende al cambiar un gramo de un cuerpo del estado físico de vapor a líquido. En el liquido el calor desprendido varia con la temperatura desde 600 calorias a 0 c hasta 540 calorias a 100 c.

Calor de fusión.

Cuando una sustancia se está fundiendo o evaporándose está absorbiendo cierta cantidad de calor llamada calor latente de fusión o calor latente de evaporación, según el caso.

Calor sensible.

Calor sensible. Cantidad de calor que absorbe o libera un cuerpo sin que en el ocurran cambios en su estado físico (cambio de fase). Cuando a un cuerpo se le suministra calor sensible en este aumenta la temperatura.

Cambio de fase.

Fases son los estados de la materia que pueden existir en equilibrio y en contacto térmicos simultáneamente. Los cambios de fase ocurren cuando algunas de las variables utilizadas en la descripción macroscópica( P, V,T)  cambian bajo ciertas condiciones de equilibrio; ya sea por agentes externos o internos.

La descripción del fenómeno desde el punto de vista termodinámico lleva a utilizar la temperatura y presión como variables; los cuales permanecen constantes durante la transición. La entropía y el volumen son variables durante el proceso. Además, debido a que se realizan bajo condiciones de equilibrio termodinámico, los cambios de fase son reversibles.

Vapor.

El vapor es el estado en el que se encuentra un gas cuando se halla a un nivel inferior al de su punto crítico; éste hace referencia a aquellas condiciones de presión y temperatura por encima de las cuales es imposible obtener un líquido por compresión. Si un gas se encuentra por debajo de ese punto, esto significa que es susceptible de condensación a través de una reducción de su temperatura (manteniendo la presión constante) o por vía de la presurización (con temperatura constante).

Area de flujo.

Para el caso simplificado de flujo de calor estacionario en una sola dirección, el calor transmitido es proporcional al área perpendicular al flujo de calor, a la conductividad del material y a la diferencia de temperatura, y es inversamente proporcional al espesor.

Flujo de calor en régimen permanente.

Cuando se recubre un cilindro con una capa de material aislante, cuya resistencia térmica es baja, de modo que este aislamiento exterior esté rodeado por un fluido, se pretende conocer el efecto que producirá el aislamiento adicional sobre la transferencia de calor, desde el interior del cilindro, (con o sin generación de energía, ya que se mantiene constante la temperatura exterior Tpi del cilindro), o lo que es lo mismo, que este aislamiento adicional aumente o disminuya la cantidad de calor que se transfiere a partir del cilindro compuesto, (núcleo más aislamiento).

El calor Q que se transfiere a partir del mismo, en régimen permanente, es igual a la pérdida por convección desde la superficie.

Propiedades físicas de los fluidos.

Calor especifico.

El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsio. La relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c es el calor específico. Esta fórmula no se aplica si se produce un cambio de fase, porque el calor añadido o sustraido durante el cambio de fase no cambia la temperatura.

Capacidad calorífica.

La capacidad calorífica de un cuerpo, es la cantidad de calor,  , que dicho cuerpo absorbe cuando sutemperatura aumenta un grado (o la que cede al disminuir su temperatura un grado). Si

un cuerpo pasa de una temperatura   a otra  , intercambiando para ello una cantidad de

calor  , se tiene:

Capacidad calorífica especifica.

La capacidad de calor específica de un material o líquido es el término que se utiliza para describir la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura de 1 kg de material/líquido en 1 K.

La capacidad de calor específica depende de la temperatura del medio. La capacidad de calor específica del agua utilizada en un sistema de calefacción a una temperatura comprendida entre 20–90 oC vale cerca de 4,2 kJ/kg K.

Conductividad térmica.

La Conductividad Térmica (λ con unidades W/ (m•K) describe el transporte de energía en forma de calor   a través de un cuerpo con masa como resultado de un gradiente de temperatura. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.

La relación entre el calor transportado por unidad de tiempo (dQ/dt o flujo de calor Q) y el gradiente de temperatura (ΔT/Δx) a través de un área A (el área a través de la cual el calor fluye perpendicularmente a un ritmo estacionario) está descrita por la ecuación de la conductividad térmica.