CLASIFICACION

Cuando la combustión ocurre dentro del motor, se habla de combustión interna. Hay entonces dos posibilidades y en ambos casos el circuito es abierto: - si el proceso de trabajo es cíclico y a cada vuelta una nueva carga de combustible hay que inyectar una nueva carga de combustible, y descargar los gases quemados, el motor es de pistón alternativo

si, por el contrario, el proceso de trabajo es continuo y la sustitución de combustible se realiza sin interrupción, se trata de una turbina de gas.

Cuando la combustión ocurre fuera del motor, hablamos de combustión externa. En este caso, el proceso de trabajo puede ser continuo y ocurrir en un circuito cerrado pues el líquido del motor puede ser químicamente invariable y, experimentar un cambio de estado sin tener que ser sustituido. La preparación de la mezcla aire-combustible fuera de la cámara de combustión ayuda a crear una mezcla más uniforme. Hablamos, por tanto, de acondicionamiento externo u homogéneo de la mezcla. Cuando la mezcla se hace dentro de la cámara de combustión las condiciones no son las mejores y la mezcla no es tan homogénea. Hablamos de acondicionamiento interno o heterogéneo de la mezcla. Cuando la combustión se enciende con una chispa eléctrica, se llama "encendido controlado", pero si la mezcla se enciende espontáneamente al alcanzar la temperatura de ignición, la llamamos auto-encendido.

Exigencias impuestas a los combustibles

Los combustibles utilizados en motores se clasifican en tres categorías según las exigencias impuestas. Éstos son:

- combustibles para el uso en mezcla uniforme y motores en los que se controla el encendido

- combustibles para uso en mezcla no uniforme y de auto-encendido

- combustibles para uso en los motores de turbina de gas que requieren una llama continua.

Entre los combustibles usados para las mezclas uniformes están las gasolinas plomadas, gasolinas sin plomo, gas licuado de petróleo... Estos combustibles tienen que ser extremadamente volátiles de modo que la mezcla del aire combustible sea lo más uniforme posible.

Sin embargo, es necesario satisfacer unas exigencias de volatilidad elevadas:

- la curva de ebullición, que da el porcentaje del combustible vaporizado en función de la temperatura

- la presión del vapor

- la relación vapor / líquido que determina la tendencia del combustible a formar burbujas de vapor

- la densidad, que permite determinar ciertos componentes de los combustibles

- el máximo contenido en plomo

- el índice de octano que nos señala el poder antidetonación de la gasolina. ¡Estas son características estándar para los combustibles! Entre los combustibles mezclados de manera no uniforme hay que destacar el gasóleo. Es una mezcla de diversos hidrocarburos y su punto de ebullición se encuentra, aproximadamente entre 180° y 360° Celsius.

Las exigencias principales aplicadas al combustible diesel (gasóleo) son:

- la densidad

- la curva de ebullición

- la viscosidad cinemática

- el punto de ignición

- el índice de cetano.

Estas características también están estandardizadas. Los requisitos principales impuestos a los combustibles de la turbina de gas se limitan a:

- su viscosidad

- la proporción de impurezas, especialmente sulfuro, sodio, vanadio y plomo. Los motores de combustión externa son los que imponen menos exigencias al combustible. De hecho, el líquido del motor y los gases de combustión son generalmente diferentes. El único requisito es que el combustible queme suficientemente rápido sin dejar residuos.

Combustión

La combustión puede tener lugar de dos maneras diferentes: - de manera cíclica en motores de pistón alternativo, después de cada recambio de la carga del combustible; - de manera continua en motores de turbina de gas. La combustión cíclica es la que presenta más dificultades para ya que tiene que ocurrir en tiempo record. Por consiguiente, el ciclo en un motor de cuatro tiempos a 6.000 rpm ocurrirá en: 1/ (6000/2/60) = 1/50 = 0,02 segundos. Ahora, como este ciclo incluye fases de succión, compresión, expansión y descarga, y la combustión sólo puede ocurrir durante la fase de expansión, como máximo, podrá durar: 0,02/4 = 0,005 sec. En un motor de dos tiempos estos intervalos se reducirán a una tercera parte de los anteriormente citados. En los motores de acondicionamiento homogéneo y de ignición controlada, la fase de inflamación es prácticamente constante en tiempo y sólo depende de la composición de la mezcla, mientras que el desprendimiento de calor estará determinado, principalmente, por la forma de la cámara de combustión y la posición del punto de ignición. La velocidad de combustión está determinada por el proceso de difusión en el borde de llama, por la intensidad de las turbulencias y de los cambios de temperatura en la parte de la mezcla que todavía no se ha quemado. Puesto que la duración de la ignición es constante y tiene que ocurrir antes de la fase de expansión, es preciso prever un dispositivo de anticipación para regular el momento de la ignición, de tal manera que la energía almacenada en el combustible sea máxima cuando se convierta en energía cinética, durante la fase de expansión. En los motores de acondicionamiento heterogéneo, la autoignición tiene lugar antes del fin de la compresión. El combustible se inyecta en el aire altamente comprimido y calentado a una temperatura entre 700° y 900° Celsius. La combustión se desarrolla en dos fases, demostrando que es una combustión según el ciclo de Sabathé: - una fase en la que el combustible, inyectado antes de la ignición, se quema: éste es el aporte de calor isócoro según el ciclo de A. Beau de Rochas; - una fase durante la cual el combustible inyectado después del comienzo de la combustión se quema: éste es el aporte del calor isobárico según el ciclo de R. Diesel. El requisito principal de la combustión en turbina de gas o en motores de combustión externa es la estabilidad y la regularidad.

CLASIFICACION DE LOS MOTORES TERMICOS

DISIPACION DEL CALOR

La disipación de calor describe la tendencia del calor de moverse de un lugar caliente a otro más frío. La proporción de calor transferido se mide por las propiedades térmicas especificas de un liquido determinado. (El calor especifico es la cantidad de energía térmica requerida para cambiar la temperatura de un gramo de una sustancia en 1ºC.) En un refrigerante la proporción de disipación de calor también depende de la diferencia entre la temperatura del aire ambiente y del refrigerante del mismo, más las propiedades conductivas del material que rodea al refrigerante.Una mezcla de 50% de glicol etilénico que tiene un calor especifico de 0,880, y de 50% de agua, aumentara la temperatura de ebullición atmosférica de la mezcla a aproximadamente 107ºC. La disipación de calor de una mezcla de glicol etilénico es inferior a la del agua pero la temperatura de ebullición de la mezcla es mas alta. Esto significa que se recupera parte de la capacidad de enfriamiento perdida al alcanzar una temperatura más alta en el tanque superior del radiador sin perdida de refrigerante a causa de la ebullición

TERMODINAMICA EN LOS MOTORES TERMICOS

Fundamentos de la termodinámica

La termodinámica se basa en los principios fundamentales siguientes: - la energía ni se crea ni se destruye; - las diversas formas de energía sólo pueden transformarse: - el combustible en calor; - el calor en energía mecánica; - el calor nunca se convierte completamente en trabajo mecánico, siempre hay pérdidas debidas al rozamiento que se genera por el contacto entre las partes en movimiento; - los procesos naturales o técnicos de transformación de energía son irreversibles. Estos procesos se realizan siempre en el sentido más probable, por ejemplo, el calor siempre pasa libremente de cuerpos más calientes hacia otros más fríos y no al revés; - el efecto contrario, es decir, el paso de frío a calor, sólo puede alcanzarse aportando energía.

Tipos de transformaciones

Las conversiones termodinámicas son definidas en función de las condiciones en las cuales ocurren. Por lo tanto, una transformación: - a presión constante se llama una conversión isobárica; - a volumen constante se llama una conversión isócora; - a temperatura constante se llama una conversión isotérmica; - sin intercambio de calor se llama una conversión adiabática; - sin intercambio de calor y sin rozamiento se llama una conversión isentrópica; - con un cambio general de condición se llama una conversión politrópica. Al estudiar los ciclos teóricos de gases ideales, utilizamos las leyes de transformación haciendo uso de la constante de L. J. Gay Lussac (1778 - 1850): PV = RT. La constante que él desarrolló es PV = R (267 + t), muy cerca de PV = R (273,15 + t).Algunos años más tarde, la ley de Gay-Lussac puesta en relación con la ley de Boyle- Mariotte conduciría a la Ley de los "gases ideales", o más concretamente a la ecuación de estado: PV = nRT o PV = NkT, origen y base de la modelización simple de gases en sistemas termodinámicos.

Principio de funcionamiento

La energía química contenida en el combustible es transformada en calor mediante un proceso de combustión que requiere la presencia de oxígeno y esta energía calorífica se convierte en trabajo usando los componentes mecánicos que, al unirse, forman el motor térmico.

LEYES DE LA TERMODINAMICA

LEY DE GAY-LUSSAC

Ley de Charles y Gay-Lussac La ley de Charles y Gay-Lussac, frecuentemente llamada ley de Charles o ley de Gay-Lussac, es una de las leyes de los gases ideales. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Charles dice que a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que "temperatura" significa movimiento de las partículas. Así que, a mayor movimiento de las partículas (temperatura), mayor volumen del gas. La ley fue publicada primero por Louis Joseph Gay-Lussac en 1802, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relación había sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702. La ley de Charles es una de las más importantes leyes acerca del comportamiento de los gases, y ha sido usada de muchas formas diferentes, desde globos de aire caliente hasta acuarios. Se expresa por la fórmula: Además puede expresarse como: V1/T1 = V2/T2 Despejando T1 se obtiene: T1= (V1 * T2) / V2 Despejando T2 se obtiene: T2= (V2 * T1) / V1 donde: V es el volumen T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin) k es la constante de proporcionalidad Siendo la presion constante, si la temperatura aumenta, el volumen lo hará también en la misma proporción (primera ley). Siendo el volumen constante, si la presión aumenta, la temperatura lo hará también en la misma proporción (segunda ley). LEY DE GAY-LUSSAC Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante. La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura: •Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.•Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión. ¿Por qué ocurre esto? Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor: (el cociente entre la presión y la temperatura es constante) Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá: que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac. Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin. Ejemplo: Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg? Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin: T1 = (25 + 273) K= 298 K Ahora sustituimos los datos en la ecuación: 970 mmHg 760 mmHg ------------ = ------------ 298 K T2 Si despejas T2 obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.



Ley de Boyle-Mariotte La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de boyle, como se la conoce a veces), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante, y dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: donde es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes. Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación: Además Se Obtiene Despejada Que: P1= P2 * V2/ V1 V1= P2 * V2/P1 P2= P1 * V1/V2 V2= P1 * V1/P2 Donde: P1= Presión Inicial P2= Presión Final V1= Volumen Inicial V2= Volumen Final Esta Ley es una simplificación de la Ley de los gases ideales particularizada para procesos isotermos. Junto con la ley de Charles y Gay-Lussac y la ley de Graham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases.

MAQUINAS TÉRMICAS

El desarrollo de la termodinámica comenzó en la época de la revolución industrial. Fue entonces cuando la invención de la maquina de vapor inicio un cambio monumental en nuestra civilización. Las primeras maquinas de vapor eran dispositivos primitivos que operaban con poca eficiencia, así que los científicos de la época fueron convocados para examinar las leyes físicas que regían a estas maquinas. Este llamado fue lo que impulso las primeras actividades en el campo de la termodinámica y los resultados de estas investigaciones tuvieron consecuencias perdurables que aun influyen en las ciencias físicas y biológicas. Una maquina de vapor es un ejemplo de una máquina térmica definida como cualquier dispositivo que convierte la energía térmica en energía mecánica. La maquina de vapor se ajusta a esta descripción, lo mismo que el motor de gasolina, que emplea la energía térmica generada por la combustión de la gasolina. Otras maquinas más exóticas, que emplean el calor del sol o de reactores nucleares también son maquinas de calor. Las maquina térmicas funcionan en ciclos. En otras palabras la conclusión de un ciclo es el principio de otro, por lo que la sustancia de trabajo se encuentra en el mismo estado al final de un ciclo y al principio de otro.

CICLOS TERMODINÁMICOS

Todas las relaciones termodinámicas importantes empleadas en ingeniería se derivan del primer y segundo principios de la termodinámica. Resulta útil tratar los procesos termodinámicos basándose en ciclos: procesos que devuelven un sistema a su estado original después de una serie de fases, de manera que todas las variables termodinámicas relevantes vuelven a tomar sus valores originales. En un ciclo completo, la energía interna de un sistema no puede cambiar, puesto que sólo depende de dichas variables. Por tanto, el calor total neto transferido al sistema debe ser igual al trabajo total neto realizado por el sistema. Un motor térmico de eficiencia perfecta realizaría un ciclo ideal en el que todo el calor se convertiría en trabajo mecánico. El científico francés del siglo XIX Sadi Carnot, que concibió un ciclo termodinámico que constituye el ciclo básico de todos los motores térmicos, demostró que no puede existir ese motor perfecto. Cualquier motor térmico pierde parte del calor suministrado. El segundo principio de la termodinámica impone un límite superior a la eficiencia de un motor, límite que siempre es menor del 100%. La eficiencia límite se alcanza en lo que se conoce como ciclo de Carnot.
Se define ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas Un motor térmico de eficiencia perfecta realizaría un ciclo ideal en el que todo el calor se convertiría en trabajo mecánico. El ciclo de Carnot, es un ciclo termodinámico que constituye el ciclo básico de todos los motores térmicos,y demuestra que no puede existir ese motor perfecto. Cualquier motor térmico pierde parte del calor suministrado. El segundo principio de la termodinámica impone un límite superior a la eficiencia de un motor, límite que siempre es menor del 100%. La eficiencia límite se alcanza en lo que se conoce como ciclo de Carnot. Una máquina de Carnot es perfecta, es decir, convierte la máxima energía térmica posible en trabajo mecánico. Carnot demostró que la eficiencia máxima de cualquier máquina depende de la diferencia entre las temperaturas máxima y mínima alcanzadas durante un ciclo. Cuanto mayor es esa diferencia, más eficiente es la máquina. Por ejemplo, un motor de automóvil sería más eficiente si el combustible se quemara a mayor temperatura o los gases de escape salieran a menor temperatura.

TEOREMA DE CARNOT

Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824 demostró que el rendimiento de alguna máquina térmica que tuviese la máxima eficiencia posible (a las que en la actualidad se denotan con su nombre) y que operase entre dos termostatos (focos con temperatura constante), dependería sólo de las temperaturas de dichos focos. Por ejemplo, el rendimiento para un motor térmico de Carnot viene dado por: donde Tc y Th son las temperaturas del termostato frío y del termostato caliente, respectivamente, medidas en Kelvin. Este rendimiento máximo es el correspondiente al de una máquina térmica reversible, la cual es sólo una idealización, por lo que cualquier máquina térmica construida tendrá un rendimiento menor que el de una máquina reversible operando entre los mismos focos. \eta_{m.t.irreversible} \," type="#_x0000_t75">

Sistema y ambiente

Sistema y ambiente
En el estudio de la Termodinámica la atención está dirigida al interior de un sistema, aunque se adopte un punto de vista macroscópico, sólo se consideran aquellas magnitudes de este tipo que tienen relación con el estado interno del sistema. Para poder entender las magnitudes involucradas en este tema, se hace necesario definir los conceptos de sistema y estado de un sistema. Sistema Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se trata de un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso. En la naturaleza, encontrar un sistema extrictamente aislado es, por lo que sabemos, imposible, pero podemos hacer aproximaciones. Un sistema del que sale y/o entra materia, recibe el nombre de abierto. Ponemos unos ejemplos: · Un sistema abierto: es por ejemplo, un coche. Le echamos combustible y él desprende diferentes gases y calor. · Un sistema cerrado: un reloj de cuerda,no introducimos ni sacamos materia de él. Solo precisa un aporte de energía que emplea para medir el tiempo. · Un sistema aislado:¿Cómo encontrarlo si no podemos interactuar con él?. Sin embargo un termo lleno de comida caliente es una aproximación, ya que el envase no permite el intercambio de materia e intenta impedir que la energía (calor)salga de él. Medio externo Se llama medio externo o ambiente a todo aquello que no está en el sistema pero que puede influir en él. Por ejemplo, consideremos una taza con agua, que está siendo calentada por un mechero. Consideremos un sistema formado por la taza y el agua, entonces el medio está formado por el mechero, el aire, etc.

EQUILIBRIO TÉRMICO

Toda sustancia por encima de los 0º Kelvin (-273.15º Centígrados)emite calor. Si 2 sustancias en contacto se encuentran a diferente temperatura, una de ellas emitirá más calor y calentará a la más fría. El equilibrio térmico se alcanza cuando ambas emiten, y reciben la misma cantidad de calor, lo que iguala su temperatura. · Nota: estrictamente sería la misma cantidad de calor por gramo, ya que una mayor cantidad de sustancia emite más calor a la misma temperatura.

VARIABLES TERMODINÁMICAS

Las variables que tienen relación con el estado interno de un sistema, se llaman variables termodinámicas o coordenadas termodinámicas, y entre ellas las más importantes en el estudio de la termodinámica son: · la masa · el volumen · la densidad · la presión · la temperatura Estado de un sistema Un sistema que puede describirse en función de coordenadas termodinámicas se llama sistema termodinámico y la situación en la que se encuentra definido por dichas coordenadas se llama estado del sistema. Equilibrio térmico Un estado en el cual dos coordenadas termodinámicas independientes X e Y permanecen constantes mientras no se modifican las condiciones externas se dice que se encuentra en equilibrio térmico. Si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico se dice que tienen la misma temperatura. Entonces se puede definir la temperatura como una propiedad que permite determinar si un sistema se encuentra o no en equilibrio térmico con otro sistema. El equilibrio térmico se presenta cuando dos cuerpos con temperaturas diferentes se ponen en contacto, y el que tiene mayor temperatura cede calor al que tiene mas baja, hasta que ambos alcanzan la misma temperatura. Algunas definiciones útiles en termodinámica son las siguientes.

Foco térmico :Un foco térmico es un sistema que puede entregar y/o recibir calor, pero sin cambiar su temperatura.

Contacto térmico :Se dice que dos sistemas están en contacto térmico cuando puede haber transferencia de calor de un sistema a otro.

Procesos termodinámicos

Se dice que un sistema pasa por un proceso termodinámico, o transformación termodinámica, cuando al menos una de las coordenadas termodinámicas no cambia. Los procesos más importantes son: ·
Procesos isotérmicos: son procesos en los que la temperatura no cambia. · Procesos Isobáricos: son procesos en los cuales la presión no varía. ·
Procesos Isócoros: son procesos en los que el volumen permanece constante. · Procesos adiabáticos: son procesos en los que no hay transferencia de calor alguna.

Por ejemplo, dentro de un termo donde se echan agua caliente y cubos de hielo, ocurre un proceso adiabático, ya que el agua caliente se empezará a enfriar debido al hielo, y al mismo tiempo el hielo se empezará a derretir hasta que ambos estén en equilibrio térmico, sin embargo no hubo transferencia de calor del exterior del termo al interior por lo que se trata de un proceso adiabático. Rendimiento termodinámico o eficiencia Un concepto importante en la ingeniería térmica es el de rendimiento. El rendimiento de una máquina térmica se define como: donde, dependiendo del tipo de máquina térmica, estas energías serán el calor o el trabajo que se transfieran en determinados subsistemas de la máquina.

ESCALAS DE TEMPERATURA

ESCALAS DE TEMPERATURA
Lo que se necesita para construir un termómetro son puntos fijos, es decir, procesos en los cuales la temperatura permanece constante. Ejemplos de procesos de este tipo son el proceso de ebullición y el proceso de fusión.
Los puntos generalmente utilizados son el proceso de ebullición y de solidificación de alguna sustancia, durante los cuales la temperatura permanece constante.
Existen varias escalas para medir temperaturas, las más importantes son la escala Celsius, la escala Kelvin y la escala Fahrenheit.
Escala Celsius
Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y de solidificación del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0°. Esta unidad de medida se lee grado Celsius y se denota por [°C]. El grado Celsius, representado como °C, es la unidad creada por Anders Celsius para su escala de temperatura. Se tomó como base para el Kelvin y es la unidad de temperatura más utilizada internacionalmente.. Hasta 1954 se definió asignando el valor 0 a la temperatura de congelación del agua, el valor 100 a la de temperatura de ebullición —ambas medidas a una atmósfera de presión— y dividiendo la escala resultante en 100 partes iguales, cada una de ellas definida como 1 grado. Estos valores de referencia son muy aproximados pero no correctos por lo que, a partir de 1954, se define asignando el valor 0,01 °C a la temperatura del punto triple del agua y definiendo 1 °C como la fracción 1/273,16 de la diferencia con el cero absoluto.
Conversión de unidades
La magnitud de un grado Celsius (1 °C) es equivalente a la magnitud de un Kelvin (1 K), puesto que esta unidad se define como igual a la primera. Sin embargo, las escalas son diferentes porque la escala Kelvin toma como valor 0 el cero absoluto. Dado que al cero absoluto corresponde un valor de -273,15 °C, la temperatura expresada en °C y K difiere en 273,15 unidades: • La conversión de grados Celsius a grados Fahrenheit se obtiene multiplicando la temperatura en Celsius por 1,8 (9/5) y sumando 32: • Para convertir Fahrenheit a Celsius: •
Escala Kelvin o absoluta
En este caso, la escala fue establecida en base a la escala Celsius, donde el valor de 0° corresponde al cero absoluto, temperatura en la cual las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. En escala Celsius esta temperatura corresponde a -273°C. Esta unidad de medida se lee Kelvin y se denota por [K]. Esta unidad se llama también Escala Absoluta y es también la unidad adoptada por el Sistema Internacional de Unidades.
Dado que 0[K] corresponden a -273[°C], se puede hallar una fórmula de conversión, entre la escala Celsius y la escala Kelvin, de la siguiente forma:
T = tc + 273°
donde la letra T representa la temperatura en Kelvin y la letra tc representa la temperatura en grados Celsius.
Escala Fahrenheit
En esta escala también se utilizaron puntos fijos para construirla, pero en este caso fueron los puntos de solidificación y de ebullición del cloruro amónico en agua. Estos puntos se marcaron con los valores de 0 y 100 respectivamente. La unidad de esta escala se llama grado Fahrenheit y se denota por [°F]. Dado que en escala Celsius, los valores de 0[°C] y 100[°C] corresponden respectivamente a 32[°F] y 212[°F] respectivamente, la fórmula de conversión de grados Celsius a Fahrenheit es:
tf = tc + 32°
aquí el símbolo tf representa la temperatura en grados Fahrenheit y el símbolo tc representa la temperatura en grados Celsius.

TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.
Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica.
Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

La segunda ley de la termodinámica da una definición precisa de una propiedad llamada entropía.
La entropía puede considerarse como una medida de lo próximo o no que se halla un sistema al equilibrio; también puede considerarse como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema. La segunda ley afirma que la entropía, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La naturaleza parece pues preferir el desorden y el caos. Puede demostrarse que el segundo principio implica que, si no se realiza trabajo, es imposible transferir calor desde una región de temperatura más baja a una región de temperatura más alta.
El segundo principio impone una condición adicional a los procesos termodinámicos.
No basta con que se conserve la energía y cumplan así el primer principio. Una máquina que realizara trabajo violando el segundo principio se denomina móvil perpetuo de segunda especie, ya que podría obtener energía continuamente de un entorno frío para realizar trabajo en un entorno caliente sin coste alguno.
A veces, el segundo principio se formula como una afirmación que descarta la existencia de un móvil perpetuo de segunda especie.
Esta ley regula 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, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrase en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, La Segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal 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 a temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja.
Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.

LEY CERO 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 un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, entre otras) no son dependientes del tiempo. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas termodinámicas del sistema. A este principio se le llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

La primera ley de la termodinámica da una definición precisa del calor, otro concepto de uso corriente. Cuando un sistema se pone en contacto con otro más frío que él, tiene lugar un proceso de igualación de las temperaturas de ambos. Para explicar este fenómeno, los científicos del siglo XVIII conjeturaron que una sustancia que estaba presente en mayor cantidad en el cuerpo de mayor temperatura fluía hacia el cuerpo de menor temperatura. Según se creía, esta sustancia hipotética llamada calórico era un fluido capaz de atravesar los medios materiales. Por el contrario, el primer principio de la termodinámica identifica el calórico, o calor, como una forma de energía. Puede convertirse en trabajo mecánico y almacenarse, pero no es una sustancia material. Experimentalmente se demostró que el calor, que originalmente se medía en unidades llamadas calorías, y el trabajo o energía, medidos en julios, eran completamente equivalentes. En cualquier máquina, hace falta cierta cantidad de energía para producir trabajo; es imposible que una máquina realice trabajo sin necesidad de energía. Una máquina hipotética de estas características se denomina móvil perpetuo de primera especie. La ley de conservación de la energía descarta que se pueda inventar nunca una máquina así. A veces, el primer principio se enuncia como la imposibilidad de la existencia de un móvil perpetuo de primera especie. También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste 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 Antoine Lavoisier. La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente: Eentra − Esale = ΔEsistema Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma: Q:u+W

TERMODINAMICA

La termodinámica se define como el estudio de la energía, sus formas y transformaciones, así como sus interacciones con la materia.
Dada su generalidad, la termodinámica es la ciencia básica que sirve de punto de Partida para el estudio de muchos otros temas de ingeniería; el más obvio es la transferencia de calor, el cual se refiere a cómo la energía pasa de un material o de un lugar a cierta temperatura, a otro material o a otro lugar a una temperatura diferente; la mecánica de fluidos se refiere los fluidos en movimiento bajo la acción de fuerzas externas y a las transformaciones de la energía entre las otras formas mecánica y térmica durante dicho movimiento.
Otra forma de observar el alcance de la termodinámica, consiste en examinar sus muchos y diversos campos de acción. Entre éstos se incluyen las plantas de potencia (combustibles fósiles, fisión nuclear, fusión nuclear, solar, geotermia, etc.); las máquinas (de vapor, de gasolina, diesel, turbinas de gas estacionarios y de propulsión, cohetes, etc.); acondicionamiento de aire y sistemas de refrigeración de todos tipos; hornos, calentador equipos de procesos químicos; el diseño de equipo electrónico; el diseño de equipo mecánico; y en los procesos de manufactura.
La termodinámica (del griego termo, que significa "calor" y dinámico, que significa "fuerza" ) es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o trabajo. También se postula la existencia de una magnitud llamada entropía, que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Éstas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.
Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería, tales como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros. Los resultados de la termodinámica son esenciales para otros campos de la física y la química, ingeniería química, ingeniería aeroespacial, ingeniería mecánica, biología celular, ingeniería biomédica, y la ciencia de materiales por nombrar algunos.