Formas de calor:

Calor: transferencia de energa de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energa en trnsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energa no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.El efecto del calor sobre la temperatura de un cuerpo se explicaba postulando la existencia de una sustancia o forma de materia invisible, denominada calrico. Segn la teora del calrico, un cuerpo de temperatura alta contiene ms calrico que otro de temperatura baja; el primero cede parte del calrico al segundo al ponerse en contacto ambos cuerpos, con lo que aumenta la temperatura de dicho cuerpo y disminuye la suya propia.

Calor latente: El cambio de temperatura de una sustancia conlleva una serie de cambios fsicos. Casi todas las sustancias aumentan de volumen al calentarse y se contraen al enfriarse. El comportamiento del agua entre 0 y 4 C constituye una importante excepcin a esta regla. Se denomina fase de una sustancia a su estado, que puede ser slido, lquido o gaseoso. Los cambios de fase en sustancias puras tienen lugar a temperaturas y presiones definidas. El paso de slido a gas se denomina sublimacin, de slido a lquido fusin, y de lquido a vapor vaporizacin. Si la presin es constante, estos procesos tienen lugar a una temperatura constante. La cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase se llama calor latente; existen calores latentes de sublimacin, fusin y vaporizacin. Si se hierve agua en un recipiente abierto a la presin de 1 atmsfera, la temperatura no aumenta por encima de los 100 C por mucho calor que se suministre. El calor que se absorbe sin cambiar la temperatura del agua es el calor latente; no se pierde, sino que se emplea en transformar el agua en vapor y se almacena como energa en el vapor. Cuando el vapor se condensa para formar agua, esta energa vuelve a liberarse. Del mismo modo, si se calienta una mezcla de hielo y agua, su temperatura no cambia hasta que se funde todo el hielo. El calor latente absorbido se emplea para vencer las fuerzas que mantienen unidas las partculas de hielo, y se almacena como energa en el agua.Calor especfico: La cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia se conoce como calor especfico. Si el calentamiento se produce manteniendo constante el volumen de la sustancia o su presin, se habla de calor especfico a volumen constante o a presin constante. En todas las sustancias, el primero siempre es menor o igual que el segundo. ( El calor especfico del agua a 15 C es de 4.185,5 julios por kilogramo y grado Celsius ). En el caso del agua y de otras sustancias prcticamente incompresibles, no es necesario distinguir entre los calores especficos a volumen constante y presin constante ya que son aproximadamente iguales. Generalmente, los dos calores especficos de una sustancia dependen de la temperatura.

Punto triple, condiciones de temperatura y presin a las que pueden coexistir en equilibrio las tres fases de una sustancia pura: slida, lquida y gaseosa. Un grfico de la presin frente a la temperatura que muestra los intervalos en los que pueden existir las distintas fases se denomina diagrama de fases. En el del agua, las lneas AB y BC representan las curvas de presin de vapor del hielo y el agua lquida respectivamente. La lnea BD muestra el efecto que un aumento de la presin tiene sobre el punto de congelacin. La pendiente de esa lnea indica que un aumento de la presin disminuye el punto de congelacin. Esto es lo contrario de lo que ocurre con la mayora de los dems lquidos, y se debe al hecho de que el agua; a diferencia de otros lquidos; se expande al congelarseEn la regin ABD, el hielo es la nica fase estable; en DBC y ABC, las nicas fases estables son, respectivamente, el agua y el vapor de agua. En el punto de interseccin B, la temperatura es de 0,01 C, y tanto el hielo como el agua tienen la misma presin de vapor: 610,5 pascales. B es el punto triple del agua.La temperatura del punto triple para cualquier sustancia pura es muy prxima a la de fusin, puesto que la variacin de esta ltima con la presin es muy pequea.

La termodinmica se dedica al estudio y a la explicacin de las interacciones energticas que ocurren entre sistemas. Por lo dicho la termodinmica es el campo de la fsica que describe y relaciona las propiedades fsicas de la materia de los sistemas macroscpicos, as como sus intercambios energticos. Los principios de la termodinmica tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniera. Un concepto esencial de la termodinmica es el de sistema macroscpico, que se define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscpico se puede describir mediante propiedades medibles como la temperatura, la presin o el volumen, que se conocen como variables de estado.Cuando un sistema macroscpico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso termodinmico. Las leyes o principios de la termodinmica, descubiertos en el siglo XIX, , determinan la naturaleza y los lmites de todos los procesos termodinmicos.

Principio cero de la termodinmica:

Cuando dos sistemas estn en equilibrio mutuo, comparten una determinada propiedad. Esta propiedad se puede medir, y se le puede asignar un valor numrico definido. Una consecuencia de ese hecho es el principio cero de la termodinmica, que afirma que si dos sistemas distintos estn en equilibrio termodinmico con un tercero, tambin tienen que estar en equilibrio entre s. Esta propiedad compartida en el equilibrio es la temperatura.La temperatura se mide con un termmetros. Un termmetro se construye a partir de una sustancia con estados fcilmente identificables y reproducibles, por ejemplo el agua pura y sus puntos de ebullicin y congelacin en condiciones normales. Si se traza una escala graduada entre dos de estos estados, la temperatura de cualquier sistema se puede determinar ponindolo en contacto trmico con el termmetro, siempre que el sistema sea grande en relacin con el termmetro.

Primer principio de la termodinmica:El primer principio es una ley de conservacin de la energa. Afirma que, como la energa no puede crearse ni destruirse dejando a un lado las posteriores ramificaciones de la equivalencia entre masa y energa; la cantidad de energa transferida a un sistema en forma de calor ms la cantidad de energa transferida en forma de trabajo sobre el sistema debe ser igual al aumento de la energa interna del sistema. El calor y el trabajo son mecanismos por los que los sistemas intercambian energa entre s.Cuando un sistema se pone en contacto con otro ms fro que l, tiene lugar un proceso de igualacin de las temperaturas de ambos.Segundo principio de la termodinmica:No es posible desarrollar un sistema que opere segn un ciclo termodinmico de manera que ceda una cantidad neta de trabajo a su entorno si recibe calor de una nica fuente trmica.El segundo principio impone una condicin adicional a los procesos termodinmicos. No basta con que se conserve la energa y cumplan as el primer principio. Una mquina que realizara trabajo violando el segundo principio se denomina "mvil perpetuo de segunda especie", ya que podra obtener energa continuamente de un entorno fro para realizar trabajo en un entorno caliente sin coste alguno. A veces, el segundo principio se formula como una afirmacin que descarta la existencia de un mvil perpetuo de segunda especie.

Tercer principio de la termodinmica:El tercer principio de la termodinmica afirma que el cero absoluto no se puede alcanzar por ningn procedimiento que conste de un nmero finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a l.Ciclos termodinmicos: el Ciclo de Carnot. Nicolas Lonard Sadi Carnot (1796-1832), fsico e ingeniero militar francs, naci en Pars y estudi en la Escuela Politcnica. En 1824 describi su concepcin del motor ideal, el llamado motor de Carnot, en el que se utiliza toda la energa disponible. Descubri que el calor no puede pasar de un cuerpo ms fro a uno ms caliente, y que la eficacia de un motor depende de la cantidad de calor que es capaz de utilizar. Este descubrimiento es la base de la segunda ley de la termodinmica.Para realizar el ciclo supondremos que las sustancia que realiza el ciclo es un gas ideal que funciona entre dos focos de calor, uno fro y otro caliente. Se realiza el ciclo en cuatro tiempos o etapas. El ciclo lo consideramos reversible para as poder ver bien los estados y el proceso.Motores trmicos: Un motor trmico es todo aquel dispositivo capaz de transformar el calor en energa mecnica. El calor necesario para conseguir que funcione una mquina trmica procede, generalmente, de la combustin de un combustible. Dicho calor es absorbido por un fluido que, al expandirse, pone en movimiento las distintas piezas de la mquina.Segn que la combustin del combustible se produzca en el interior o en el exterior de la propia mquina, las mquinas trmicas se clasifican en mquinas de combustin interna, como el motor de explosin de cuatro tiempos, y mquinas de combustin externa, como la mquina de vapor o la turbina de vapor, en las que el combustible es utilizado para formar vapor fuera de la mquina y parte de la energa interna del vapor se emplea en realizar trabajo en el interior de la mquina.El rendimiento de una mquina trmica es el cociente entre la energa mecnica producida y el calor tomado del foco caliente. Las mquinas trmicas tienen rendimientos muy bajos, ya que tan slo una pequea parte del calor producido se puede transformar en trabajo, y el resto se utiliza en calentar el fluido que pone en movimiento a la mquina, en vencer el rozamiento de las piezas que la componen o simplemente se disipa al ambiente en forma de calor.Una segunda clasificacin se hace en funcin de la forma en que se obtiene la energa mecnica: motores alternativos o rotativos.

Maquina de vapor: La maquina de vapor es un dispositivo mecnico que convierte la energa del vapor de agua en energa mecnica y que tiene varias aplicaciones en propulsin y generacin de electricidad. El principio bsico de la mquina de vapor es la transformacin de la energa calorfica del vapor de agua en energa mecnica, haciendo que el vapor se expanda y se enfre en un cilindro equipado con un pistn mvil. El vapor utilizado en la generacin de energa o para calefaccin suele producirse dentro de una caldera. La caldera ms simple es un depsito cerrado que contiene agua y que se calienta con una llama hasta que el agua se convierte en vapor saturado. Los sistemas domsticos de calefaccin cuentan con una caldera de este tipo, pero las plantas de generacin de energa utilizan sistemas de diseo ms complejo que cuentan con varios dispositivos auxiliares. La eficiencia de los motores de vapor es baja por lo general, lo que hace que en la mayora de las aplicaciones de generacin de energa se utilicen turbinas de vapor en lugar de mquinas de vapor.

Funcionamiento: Cuando el pistn se encuentra en el extremo izquierdo del cilindro, el vapor de agua entra por el cabezal de la vlvula y a travs del orificio hacia la parte izquierda del cilindro. La posicin de la vlvula deslizante de corredera permite que el vapor ya utilizado en la parte derecha del pistn escape a travs del orificio de expulsin o conducto de salida. El movimiento del pistn acciona un volante, que a su vez mueve una biela que controla la vlvula deslizante. Las posiciones relativas del pistn y la vlvula son reguladas por las posiciones relativas de los puntos en que estn acoplados el cigeal y la biela de la vlvula de corredera al volante.En la segunda posicin el vapor que se encuentra en la parte izquierda del cilindro se ha expandido y ha desplazado el pistn hacia el punto central del cilindro. Al mismo tiempo, la vlvula se ha movido a su posicin de cierre de forma que el cilindro queda estanco y no pueden escapar ni el vapor del cilindro ni el de la caja de vlvulas. En las mquinas de vapor de un solo cilindro la mquina se puede detener cuando el pistn se encuentra en uno de los extremos del cilindro. Si el cilindro se encuentra en esta situacin, se dice que el motor est en punto muerto y no se puede arrancar. Para eliminar los puntos muertos, las mquinas cuentan con dos o ms cilindros acoplados, dispuestos de tal forma que la mquina puede arrancar con independencia de la posicin de los pistones. La manera ms simple de acoplar dos cilindros de una mquina es unir los dos cigeales con el volante de la forma que se muestra en la figura 3. Para conseguir un equilibrio mayor se puede utilizar una mquina de tres cilindros en la que las manivelas de los cilindros se colocan en ngulos de 120 grados. El acoplamiento de los cilindros no slo elimina las dificultades de arranque sino que permite disear plantas de generacin con un funcionamiento ms fiable.

Motores de combustin interna: Cualquier tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente de la energa qumica producida por un combustible que arde dentro de una cmara de combustin, la parte principal de un motor. Se utilizan motores de combustin interna de cuatro tipos: el motor cclico Otto, el motor diesel, el motor rotatorio y la turbina de combustin. El motor cclico Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automocin y aeronutica. El motor diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasleo. Se emplea en instalaciones generadoras de electricidad, en sistemas de propulsin naval, en camiones, autobuses y algunos automviles. Tanto los motores Otto como los diesel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos. Partes del motor: Los motores Otto y los diesel tienen los mismos elementos principales. La cmara de combustin es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo y dentro del cual se desliza un pistn muy ajustado al interior. La posicin hacia dentro y hacia fuera del pistn modifica el volumen que existe entre la cara interior del pistn y las paredes de la cmara. La cara exterior del pistn est unida por un eje al cigeal, que convierte en movimiento rotatorio el movimiento lineal del pistn. En los motores de varios cilindros el cigeal tiene una posicin de partida, llamada espiga de cigeal y conectada a cada eje, con lo que la energa producida por cada cilindro se aplica al cigeal en un punto determinado de la rotacin. El sistema de bombeo de combustible de un motor de combustin interna consta de un depsito, una bomba de combustible y un dispositivo que vaporiza o atomiza el combustible lquido. Se llama carburador al dispositivo utilizado con este fin en los motores Otto. En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se conduce a los cilindros a travs de un tubo ramificado llamado colector de admisin. Cada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a travs de vlvulas de cabezal o vlvulas deslizantes. Un muelle mantiene cerradas las vlvulas hasta que se abren en el momento adecuado.El dispositivo que produce la ignicin es la buja, un conductor fijado a la pared superior de cada cilindro. La buja contiene dos hilos separados entre los que la corriente de alto voltaje produce un arco elctrico que genera la chispa que enciende el combustible dentro del cilindro.Dado que la combustin produce calor, todos los motores deben disponer de algn tipo de sistema de refrigeracin.

Motor de cuatro tiempos:El motor de cuatro tiempos puede tener uno o ms cilindros, y en cada uno de ellos se completa un ciclo en cuatro movimientos.Los pistones se mueven dentro de los cilindros del motor desde la parte superior del cilindro, que se llama punto muerto superior hacia la parte inferior del mismo que recibe el nombre de punto muerto inferior, impulsados por la carrera de fuerza del o los cilindros en los que esta se lleva a efecto o por el movimiento del cigeal, que en las figuras de abajo est designado con la letra "P".Los cuatro tiempos a los que me refiero son los siguientes:Admisin - Compresin - Carrera de fuerza Escape. Admisin:El pistn (N) se encuentra en el punto muerto superior de su carrera, la vlvula de admisin (A) abre, permitiendo el paso de una mezcla de aire y gasolina (C) al interior del cilindro (M) gracias a la succin que hace el pistn al descender, que es similar a la que hace el mbolo de una jeringa cuando es jalado hacia fuera del cuerpo de la misma. El cilindro (M), que es como un tubo que se encuentra adentro del motor, se llena de la mezcla a la que nos referimos arriba y este tiempo termina al llegar el pistn al punto muerto inferior, que como ya dijimos, es el punto ms bajo de su carrera. Compresin:El pistn (N) se encuentra en su parte mas baja del recorrido que tambin se llama punto muerto inferior, al concluir el tiempo de admisin y el cilindro se ha llenado de la mezcla de aire y gasolina a la que nos referimos en el prrafo anterior, ambas vlvulas (A y J) se encuentran cerradas en esta ocasin el pistn sube hacia su punto muerto superior comprimiendo la mezcla en el interior del cilindro.Expansin: El pistn (N) se halla en la parte superior de su recorrido que para el caso del tiempo de compresin se conoce como "Punto muerto superior de compresin" y la mezcla, como se indica en el prrafo anterior, se halla comprimida debido a que ambas vlvulas (A y J) se hallan cerradas. La buja "K" produce una chispa que inflama a la mezcla de aire y combustible, con lo que el pistn es forzado a descender violentamente por la fuerza generada por la inflamacin hacia su punto muerto inferior. Esta es la nica carrera til de los cuatro tiempos. Escape:El pistn se halla en su punto muerto inferior tras haber sido desplazado ah por la fuerza de la explosin la vlvula de escape(J) se abre y el pistn sube al punto mas alto de su carrera impulsado por el movimiento de los dems pistones forzando as a los gases resultados de la combustin a salir por la vlvula abierta. Motor de dos tiempos:

El principio general del motor de dos tiempos es la reduccin de la duracin de los periodos de absorcin de combustible y de expulsin de gases a una parte mnima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operacin requiera un tiempo completo. El diseo ms simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de vlvulas de cabezal, las vlvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse el pistn hacia atrs). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a travs del orificio de aspiracin cuando el pistn est en la posicin ms alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresin, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistn llega al final de la fase. A continuacin, el pistn se desplaza hacia atrs en la fase de explosin, abriendo el orificio de expulsin y permitiendo que los gases salgan de la cmara.1er Tiempo: el pistn est en el punto mas alto de su carrera, se produce la inflamacin. Los gases se expanden hasta que el pistn abre la lumbrera de escape, por donde se evacua el gas, impulsado por la elevada presin que todava posee. A medida que el pistn baja comprime el fluido de trabajo del crter. Al seguir bajando, abre la lumbrera que comunica con el crter. Este fluido barre los gases de combustin hacia la lumbrera de escape.2o Tiempo: el pistn comienza a subir desde el punto mas bajo que alcanza el pistn en su carrera, completando la fase de barrido y admisin hasta que cierra las lumbreras de escape y admisin. En ese momento comienza la compresin hasta llegar al punto mas alto. Al mismo tiempo, la lumbrera de admisin queda abierta y entra el fluido en el cilindro.