Fundamentos de Termodinámica
Calor y Temperatura
Calor: Es una forma de energía que se puede transformar en trabajo. El calor es la energía térmica generada por el movimiento de las moléculas en la materia.
Frío: Es la ausencia de calor, o la pérdida o disminución de calor.
Temperatura: Es el nivel de calor presente en un cuerpo, y nos permite saber si un cuerpo está más o menos caliente que otro.
Transmisión de Calor
La transmisión de calor se puede llevar a cabo por medio de tres métodos:
- Conducción
- Radiación
- Convección
Escalas de Temperatura
Temperatura Relativa: Toma valores físicos (fusión del hielo de H2O, destilado y ebullición de agua destilada) formando una escala que tiene partes negativas (°F y °C a presión atmosférica normal).
Temperatura Absoluta: Parte de cero y no tiene parte negativa (K).
Calor Sensible y Calor Latente
Calor Sensible: La absorción o cesión de calor no provoca la modificación de la estructura física del cuerpo. Es el calor que cambia la temperatura de una sustancia.
Calor Latente: Es el calor involucrado en el cambio de estado físico de un cuerpo. Siempre a temperatura constante, es el calor que convierte un sólido en un líquido o un líquido en gaseoso sin cambiar su temperatura.
Tipos de Calor Latente
- Calor Específico: Es la cantidad de calor que se debe suministrar a 1 kg de un cuerpo para elevar 1 grado Celsius su temperatura sin modificar su estado físico.
- Calor Latente de Sublimación: Es la cantidad de calor que debe extraerse a 1 kg de un cuerpo para hacerlo pasar del estado líquido al estado sólido a temperatura constante.
- Calor Latente de Fusión: Es la cantidad de calor que debe suministrarse a 1 kg de un cuerpo para hacerlo pasar de estado sólido al estado líquido a temperatura constante.
- Calor Latente de Vaporización: Es la cantidad de calor que debe suministrarse a 1 kg de un cuerpo para hacerlo pasar de estado líquido a gaseoso a temperatura constante.
Cambios de Estado
- Sólido-Líquido: Fusión
- Sólido-Gas: Sublimación
- Líquido-Gas: Vaporización
- Líquido-Sólido: Solidificación
- Gas-Líquido: Condensación
Presión
Temperatura Crítica: Es la temperatura por encima de la cual un gas no puede ser licuado por presión. La presión ejercida sobre el gas o vapor a esta temperatura se llama presión crítica.
Presión: Es una fuerza que actúa sobre una superficie de un cuerpo.
Presión Atmosférica: Es la presión ejercida sobre la superficie de todos los cuerpos por la capa gaseosa que constituye la atmósfera. La presión atmosférica disminuye al aumentar la altura.
Presión Relativa: Se mide a partir de la presión atmosférica.
Presión Absoluta: Se mide a partir del vacío absoluto.
Medición de Presión
Manómetro: Mide presión absoluta y no está en contacto con la presión atmosférica.
Barómetro: Mide la presión relativa y está en contacto con la presión atmosférica.
Densidad
Densidad: Es una propiedad intensiva que indica la cantidad de masa presente en una cantidad de volumen.
La relación entre la masa volumétrica de un cuerpo y la de otro cuerpo, tomado como referencia, se denomina densidad relativa. Para los sólidos y líquidos, el cuerpo de referencia suele ser el agua, mientras que para los gases se utiliza el aire.
Propiedades de los Refrigerantes
- Calor Latente de Vaporización Muy Elevado: Permite una mayor capacidad de extracción de calor, ya que al expandirse necesita absorber más calor para completar su expansión.
- Punto de Ebullición Bajo: A presión atmosférica, un punto de ebullición lo suficientemente bajo permite condiciones de funcionamiento deseadas (a menor punto de ebullición, mejor salto térmico y mayor la extracción de calor).
- Baja Relación de Compresión: Una pequeña relación entre las presiones de compresión y de aspiración (diferencia de presión entre alta y baja).
- Bajo Volumen Específico del Vapor Saturado: Permite la utilización de un compresor y tuberías de dimensiones reducidas (trabaja menos cuando pasa la cantidad necesaria).
- Temperatura Crítica Muy Alta: Al comprimir este gas, se tendrá mucho más margen antes de que se licue.
- Compatibilidad con Lubricantes: No debe reaccionar con el lubricante empleado en el sistema.
- Composición Química Estable: Debe mantener sus propiedades y tolerar las condiciones de trabajo.
- Compatibilidad con Materiales: No debe corroer las partes metálicas del circuito ni dañar las juntas.
- Seguridad: No debe ser inflamable ni explosivo en contacto con el aire.
- Baja Toxicidad: No debe perjudicar la salud de los operarios.
- Inerte: No debe contaminar los productos que se conservan.
- Olor Característico: Debe ser inodoro o con un olor débil y no desagradable para identificar pérdidas.
- Fugas Fáciles de Detectar: Las fugas deben ser fáciles de detectar y localizar visualmente.
- Ambientalmente Seguro: No debe dañar la salud al mezclarse con la atmósfera.
- Económico: No debe ser costoso.
- No Perjudicial para la Capa de Ozono: Debe tener un bajo potencial de agotamiento del ozono (PAO).
Relación Temperatura-Presión
Cuando un gas se encuentra en un depósito cerrado y se somete a un aumento de temperatura, su presión aumentará. De igual manera, una disminución de temperatura provocará una disminución en su presión (dependiendo de la naturaleza del fluido).
Presión de Vapor Saturado
Es la presión ejercida por un vapor cuando se encuentra en equilibrio termodinámico con su fase líquida a una temperatura dada. En el interior de un recipiente cerrado, el nivel de líquido no tiene efecto sobre la presión de vapor saturado.