Investigaciones I - MARIO ALAN DIAZ LOPEZ

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Universidad de Guadalajara.
Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingeniería.
Ingeniería Mecánica Eléctrica.
Máquinas Térmicas II.
Langarica Barajas Roberto.
Díaz López Mario Alan.
Conceptos básicos.
La termodinámica trata de la cantidad de transferencia de calor a medida que un sistema pasa por un proceso de un estado de equilibrio a otro y no hace referencia a cuánto durará ese proceso. 
La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia hacia las adyacentes, menos energéticas, como resultado de la interacción entre ellas. 
La convección es el modo de transferencia de calor entre una superficie sólida y el líquido o gas adyacentes que están en movimiento, y comprende los efectos combinados de la conducción y del movimiento del fluido.
 La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas (o fotones), como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas.
Calor es la forma de la energía que se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia en la temperatura.
En la primera ley se requiere que la razón de la transferencia de energía hacia un sistema sea igual a la razón de incremento de la energía de ese sistema. En la segunda ley se requiere que el calor se transfiera en la dirección de la temperatura decreciente.
De cualquier forma para que haya una transferencia de calor es necesario una diferencia de temperatura, no pude haber calor neto entre dos medios que están a la misma temperatura. Esta es una fuerza impulsora similar al flujo de corriente eléctrica o diferencia de tensión.
La energía puede existir en numerosas formas, como térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear, y su suma constituye la energía total E. La suma de todas las formas microscópicas de energía se llama energía interna de un sistema y se denota por U (o u en términos de unidad de masa). La unidad internacional de energía es el joule (J) o el kilojoule (kJ _1 000 J). En el sistema inglés, la unidad de energía es la unidad térmica británica (Btu, British thermal unit), que se define como la energía necesaria para elevar en 1°F la temperatura de 1 lbm de agua a 60°F. Las magnitudes del kJ y de la Btu son casi idénticas (1 Btu _ 1.055056 kJ). Otra unidad bien conocida de energía es la caloría (1 cal _ 4.1868 J), la cual se define como la energía necesaria para elevar en 1°C la temperatura de 1 gramo de agua a 14.5°C.
La parte de la suma de las energías cinéticas y potencial de las moléculas se conoce como energía sensible o calor sensible.
Ecuación de gas ideal;
Pv =RT o bien P=pRT
Calor específico se define como la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia.
El calor especifico a volumen constante, Cv, se puede describir como la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia mientras el volumen se mantiene constante.
Por otro lado, la energía requerida para hacer lo mismo cuando es a presión a constante es el calor específico a presión constante, Cp. Para los gases ideales, estos calores específicos están relacionados entre sí por Cp =Cv + R.
1 kJ/kg · °C =1 J/g · °C = 1 kJ/kg · K = 1 J/g · K
Proceso isobárico
El proceso isobárico se denomina a la presión de un sistema que se mantiene de forma constante, normalmente es un gas. La presión del sistema estará relacionada con la cantidad de fuerza que las moléculas apliquen a las paredes de un sistema (contenedor). Para entenderlo mejor, imaginemos el combustible dentro de un pistón móvil, el cual calienta ese combustible. 
Y al calentarlo las moléculas se mueven mucho más rápido aumentando la presión dentro del sistema. Donde al mismo tiempo el pistón se expande dando lugar a las moléculas para que se expandan. Por ende, las paredes del contenedor ahora son más grandes y la presión puede estar ahí, aunque las moléculas se estén moviendo más rápido. Todo ese proceso, es denominado proceso isobárico.
Proceso isocórico
El proceso isocórico se basa en el que el volumen dentro de un sistema se mantiene de forma constante. El volumen es la cantidad de espacio que ocupa el material. Entonces podríamos denominar proceso isocórico el calentar un gas dentro de un contenedor solido (no expandible). Donde las moléculas se moverán más rápido aumentando la presión dentro del sistema, pero el tamaño del contenedor seguirá siendo el mismo.
Proceso isotérmico
Un proceso isotérmico se denomina a la temperatura dentro de un sistema que se mantiene de forma constante. La temperatura está relacionada con el calor, la cual a su vez está relacionada con la temperatura. La temperatura es la energía de calor de las moléculas en movimiento dentro de una sustancia.
Un claro ejemplo del proceso isotérmico es si tomamos el gas y lo colocamos detrás de un pistón, al comprimir ese pistón el volumen del sistema disminuirá y la presión detrás del pistón aumentara. Debido a que las moléculas tendrán menos espacio para moverse. 
Al comprimir ese pistón se está utilizando energía para trabajar el gas, por lo tanto las moléculas obtendrían energía y se moverían más rápido generando calor y por ende, la temperatura aumentaría.
Proceso adiabático.
Un proceso adiabático es aquel en donde no entra, ni sale calor del sistema. El cual no se puede calentar colocando un depósito caliente al lado, ni enfriarlo con un depósito frio al lado. Siendo un sistema totalmente aislado.
Politrópica
Esto supone que calor puede entrar o salir del sistema, y que el trabajo en el eje que entra al sistema puede aumentar la presión (trabajo generalmente útil) y la temperatura por encima del adiabático (generalmente pérdidas debido a la eficiencia de ciclo). La eficiencia del proceso es la razón de aumento de temperatura en un teórico 100% (adiabático) frente a real (politrópico).
Procesos Isentrópicos
La entropía de una sustancia de masa fija puede cambiar tanto debido a un proceso de transferencia de calor como a las irreversibilidades presentes en todo proceso real. 
Como consecuencia de lo anterior podemos afirmar que: cuando una sustancia de masa constante (sistema cerrado) es sometida a un proceso adiabático e internamente reversible su entropía no cambia.
Un proceso en el que la entropía permanece constante es un proceso isentrópico, que se caracteriza mediante la siguiente expresión:                                    
 s = 0 S1=S2
Compresor.
Es una máquina que tiene la finalidad de elevar la presión de un fluido compresible (un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores) sobre el que opera. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico del mismo durante su paso a través del compresor. 
Se distinguen de los turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como máquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión pues estos últimos manejan grandes cantidades de gas sin modificar sensiblemente su presión
Un compresor admite gas o vapor a una presión p1 dada, descargándolo a una presión p2 superior, La energía necesaria para efectuar este trabajo la proporciona un motor eléctrico o una turbina. 
Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran número de aplicaciones. 
Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción.
Motor. Parte de una máquina capaz de transformar algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóvileseste efecto es una fuerza que produce el movimiento.
De estos se pueden encontrar diversos tipos según la energía que utilizan o la forma de transformarla, siendo de los más comunes los siguientes: 
1. Motor térmico
2. Motor eléctrico
3. Motor de combustión
4. Motor de impulsión
5. Motor aeronáutico
6. Motor radial
7. Motor Stirling
8. Motor a reacción
9. Turbina de gas
10. Reactor
11. Cohete espacial
12. Turbina de vapor