INTERACCIONES DE ENERGÍA Y TRABAJO El trabajo es una forma de transferencia de energía Si W es el trabajo realizado sobre un sistema, y W es positivo, la energía es transferida al sistema Si W es el trabajo realizado sobre un sistema, y W es negativo, la energía es transferida desde sistema Si un sistema interacciona con su entorno, la interacción se puede describir como una transferencia de energía a través de la frontera Como consecuencia habrá una variación de la energía almacenada en el sistema Siempre se puede calcular el trabajo realizado por una fuerza sobre un objeto, aunque esa fuerza no sea responsable del movimiento.
CALOR El calor es la energía intercambiada entre un cuerpo y su entorno por el hecho de encontrarse a distinta temperatura. El calor, como el trabajo, es energía en tránsito, por lo que se puede entender también como un método para transferir energía.
ENERGÍA CINETICA La energía cinética es una expresión del hecho de que un objeto en movimiento, puede realizar un trabajo sobre cualquier cosa que golpee; cuantifica la cantidad de trabajo que el objeto podría realizar como resultado de su movimiento. La energía mecánica total de un objeto es la suma de su energía cinética y su energía potencial. Para un objeto de tamaño finito, esta energía cinética se llama la energía cinética de traslación de la masa, para distinguirlo de cualquier energía cinética rotacional que puede poseer. La energía cinética total de una masa, se puede expresar como la suma de la energía cinética de traslación de su centro de masa, más la energía cinética de rotación alrededor de su centro de masa
ENERGIA POTENCIAL La energía potencial es una energía que resulta de la posición o configuración del objeto. Un objeto puede tener la capacidad para realizar trabajo como consecuencia de su posición en un campo gravitacional (energía potencial gravitacional), un campo eléctrico (energía potencial eléctrica), o un campo magnético (energía potencial magnética). Puede tener energía potencial elástica como resultado de un muelle estirado u otra deformación elástica.
ENERGÍA INTERNA La energía interna se define como la energía asociada con el movimiento aleatorio y desordenado de las moléculas. Está en una escala separada de la energía macroscópica ordenada, que se asocia con los objetos en movimiento. Se refiere a la energía microscópica invisible de la escala atómica y molecular. Por ejemplo, un vaso de agua a temperatura ambiente sobre una mesa, no tiene energía aparente, ya sea potencial o cinética. Pero en escala microscópica, es un hervidero de moléculas de alta velocidad que viajan a cientos de metros por segundo. Si el agua se tirase por la habitación, esta energía microscópica no sería cambiada necesariamente por la superimposición de un movimiento ordenada a gran escala, sobre el agua como un todo.
ENTALPÍA En la termodinámica de reacciones químicas y en los procesos no cíclicos son útiles cuatro cantidades llamadas "potenciales termodinámicos". Estos son la energía interna, la entalpía, la energía libre de Helmholtz y la energía libre de Gibbs. La entalpía se define por H = U + PV donde P y V son la presión y el volumen, y U es la energía interna. La entalpía es por tanto una variable de estado medible de forma precisa, puesto que se define en función de las otras tres variables de estado medibles de forma precisa. Es algo paralelo a la primera ley de la termodinámica en un sistema a presión constante TRABAJO DE FLUJO Y ENERGÍA DE UN FLUIDO EN MOVIMIENTO TRABAJO DE FLUJO O ENERGÍA DE FLUJO
A diferencia de los sistemas cerrados, en los volúmenes de control hay flujo másico a través de sus fronteras, y se requiere trabajo para introducirla o sacarla del volumen de control ENERGÍA TRANSPORTADA POR LA MASA ᶿᶿᶿ
Como "Theta" es la energía total por unidad de masa, la energía total de un fluido en movimiento de masa "m" es simplemente "mTheta", siempre y cuando las propiedades de la masa "m" sean uniformes Si la presión del fluido es "P" y el área de la selección transversal del elemento del fluido es "A" la fuerza que aplica el émbolo imaginario sobre el elemento de fluido es F=PA El trabajo realizado al empujar el elemento de fluido por frontera (trabajo de fluido) es:
W flujo=FL=PAL=PV (kJ) El trabajo de flujo por unidad de masa se obtiene al dividir ambos lados de la anterior ecuación entre masa del elemento de fluido
Wflujo= Pv (kJ/kg) Cuando una corriente de fluido con propiedades uniformes se mueve a un flujo másico de "m", la tasa de flujo de energía co esa corriente es "mTheta" ENERGÍA TOTAL DE UN FLUIDO EN MOVIMIENTO La energía total de un sistema compresible simple consiste en tres partes: energía interna, cinética y potencial. Por unidad de masa, ésta se expresa como:
FORMAS MECÁNICAS DEL TRABAJO Trabajo Mecánico de Flecha La transmisión de energía mediante un eje rotatorio (flecha) es una práctica muy común en la ingeniería. Con frecuencia el momento de torsión T aplicado al eje es constante, lo cual significa que la fuerza F aplicada también es constante. Para un determinado momento de torsión constante, el trabajo hecho durante n revoluciones se determina así: una fuerza F que actúa por medio de un brazo de momento r genera un momento de torsión T. T=Fr por lo tanto: F = T/r Esta fuerza actúa a lo largo de una distancia s, que se relaciona con el radio r mediante:
S=(2πr)n El trabajo de flecha se determina a partir de: W_flecha =〖 F〗 _s =(T/r) (2πrn)=2πnT [kJ] La potencia transmitida mediante la flecha es el trabajo de flecha por unidad de tiempo, que se puede expresar como:
W_flecha=2πnT [kW] Donde n es el número de revoluciones por unidad de tiempo.
Trabajo Mecánico de Resorte Todos sabemos que cuando se aplica una fuerza a un resorte, la longitud de éste cambia. Cuando esta longitud cambia en una cantidad diferencial dx bajo la influencia de una fuerza F, el trabajo efectuado es:
δW_resorte=F dx Para determinar el trabajo total del resorte es necesario conocer una relación funcional entre F y x. Para resortes elásticos lineales, el desplazamiento x es proporcional a la fuerza aplicada. Es decir: F =kx [kN] Donde k es la constante de resorte y tiene las unidades kN/m. El desplazamiento x se mide a partir de la posición de reposo del resorte (es decir, x _ 0 cuando F _ 0). Al sustituir la ecuación F =kx en la ecuación δW=F dx e integrar, se obtiene: W_resorte = 1/2 k ( 〖X_2〗^2 ┤- ├ 〖X_1〗^2 ) [kJ] donde X1 y X2 son los desplazamientos inicial y final del resorte, respectivamente, medidos a partir de la posición de reposo del resorte.
