2. ¿Que sabemos a cerca de la termodinamica?
Todos los ingenieros saben que la termodinamica es una rama de la fisica que
se engaga del estudio del calor y las variaciones de la eneregia, ¿pero
sabemos a cerca de su historia?, muy bien pues sino sabemos sobre esta
vamos a echar un ojo sobre lo ya mencionado.
La historia de la termodinámica como una disciplina científica generalmente
comienza con Otto von Guericke quien, en 1650 diseño y construyo la
primera bomba de vacío, para demostrar la existencia del vacío y
refutar así la teoría de Aristoteles. Poco después en 1656,
el físico y químico inglés Robert Boyle en coordinación con
el científico también inglés Robert Hooke crearon la bomba de aire. Usando
esta bomba Boyle y Hooke notaron una correlación entre presión,
temperatura y volumen. Entonces, la ley de Boyle fue formulada, que
establece que la presión y el volumen son inversamente proporcionales. Luego,
en 1679, basado en estos conceptos, un asociado de Boyle llamado Denis
Papin construyo el digestor a vapor, que era un recipiente cerrado con una
tapa hermética que confinaba el vapor hasta que una alta presión fuese
generada.
En 1798, Thompson demostró la conversión del trabajo mecánico en calor.
Los conceptos fundamentales de capacidad calorífica y calor latente, que
fueron necesarios para el desarrollo de la termodinámica, los desarrollo el
profesor Joseph Black en la universidad de Glasgow.
En la misma universidad, James Watt se propuso estudiar la magnitud del calor
puesto en funcionamiento de la maquina, esto permitiría estudiar su
rendimiento. Los aportes de Watt para mejorar el rendimiento de las maquinas
fueron muchos, también acuño el termino trabajo de fuerza.
En agosto de 1807 Robert Fulton puso en funcionamiento el primer barco de
vapor de éxito comercial y en 1819 el buque de vapor norteamericano
Savannah realizaba el primer viaje transatlántico.
George Stephenson fue el primero que logro instalar una maquina de vapor
en un vehículo terrestre, dando inicio a la era del ferrocarril.
Todos estos trabajos llevaron a Sadi Carnot (considerado como "el padre de la
termodinámica") a publicar "Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego" un
discurso sobre el calor, poder, energía y eficiencia térmica que marcó el inicio
de la termodinámica como ciencia moderna.
En 1847, Joule formuló la ley de la conservación de la energía que afirma
que la cantidad total de energía de cualquier sistema físico aislado permanece
3. invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otras
formas de energía; en resumen:
"la energía no puede crearse ni destruirse, solo puede cambiar de una forma a
otra."
El primer libro considerado de termodinámica fue escrito en 1859 por William
Rankine, originalmente formado como físico e ingeniero civil y mecánico en la
universidad de Glasgow. La primera y segunda ley de la
termodinámica surgió simultáneamente en 1850, principalmente de los
trabajos de William Rankine, Rudolf Clausius y William Thomson (Lord Kelvin).
Durante los años de 1873-76 el físico matemático Josiah Willard
Gibbs publicó una serie de tres documentos, siendo el más conocido "Sobre el
equilibrio de las substancias heterogéneas", en la que demostró como los
procesos termodinámicos, incluyendo las reacciones químicas, pueden
ser gráficamente analizados al estudiar la energía, entropía, volumen,
temperatura y presión en los sistemas termodinámicos, de tal manera, se
puede determinar si un proceso ocurrirá espontáneamente.
4. Ahora bien ¿en que tiene influencia la termodinamica en el área de la
ingenieria?
La respuesta a esta pregunta esta en que la termodinamica esta en muchas
partes de las maquinas, por ejemplo : en cpu de computadoras, en motores de
automoviles, en bombas de agua, en pantallas, entre otros; pero porque se dice
que esta en todos estos maquinas mencionadas , es facil interpretarlo ya que
cada motor de distinta maquina tiene un sistema de control termico que actua
sobre estos controlando las temperaturas de los motores evitan la haberia de
estas maquinas.
Por otro lado la termodinamica es importante para la ingenieria para determinar
las propiedades de la materia que estan involucradas con la posibilidad de
obtener energia, ya con solo pensar en esto se ve el alto impacto que tiene
esta asignatura debido a la creciente demanda de energia.
Siguiendo con el mismo orden de ideas la revista ciencia y vida tiene una
pregunta interesante para este reportaje y es ¿Por qué se debe ver
termodinamica en la ingenieria?
Muy bien la respuesta seria que como actualmente la mayoría de los motores
de las máquinas móviles son construidos bajo consideraciones
termodinámicas; los motores de las máquinas estacionarias tienen motores
eléctricos pero para generar la electricidad también se utilizan motores térmicos
(basados en principios termodinámicos).
Además de que la ingeniería trata con energía y la termodinámica es la rama
que estudia la energía.
Un pequeño test para este reportaje con el #curiosidades ¿Cuántas leyes
existen en la termodinámica?
a) 1 ley
b) 3 leyes
c) 6 leyes
d) 4 leyes
La respuesta correcta seria 4.
Si señores son 4 leyes de las que popularmente se conocen 2, la primera y
segunda ley de la termodinámica.
Las 4 leyes son las siguientes:
Ley cero de la termodinámica
A este principio se le llama "equilibrio térmico". Si dos sistemas A y B están a la
misma temperatura, y B está a la misma temperatura que un tercer sistema C,
entonces A y C están a la misma temperatura. Este concepto fundamental, aun
siendo ampliamente aceptado, no fue formulado hasta después de haberse
enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.
5. Primera ley
También conocido como principio de la conservación de la energía, la Primera
ley de la termodinámica establece que si se realiza trabajo sobre un sistema, la
energía interna del sistema variará. La diferencia entre la energía interna del
sistema y la cantidad de energía es denominada calor. Fue propuesto por
Antoine Lavoisier.
Segunda ley
Esta ley indica las limitaciones existentes en las transformaciones energéticas.
En un sistema aislado, es decir, que no intercambia materia ni energía con su
entorno, la entropía (desorden en un sistema) siempre habrá aumentado
(nunca disminuido, como mucho se mantiene) desde que ésta se mide por
primera vez hasta otra segunda vez en un momento distinto.
Tercera ley
La Tercera ley 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.
En el siguiente contexto hablaremos sobre las maquinas térmicas.
¿Qué es una maquina térmica?
Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en
trabajo. Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire,
gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de
forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua. A
través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor
(normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo.
El desarrollo de la Termodinámica y más en concreto del Segundo Principio
vino motivado por la necesidad de aumentar la cantidad de trabajo
producido para una determinada cantidad de calor absorbido.
6. Ahora bien hablaremos a cerca de un motor termico, ¿Qué es un motor termico
y como trabaja?
Un motor térmico es una máquina térmica que transforma calor en trabajo
mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre
una fuente de calor (foco caliente) y un sumidero de calor (foco frío). El calor se
transfiere de la fuente al sumidero y, durante este proceso, algo del calor se
convierte en trabajo por medio del aprovechamiento de las propiedades de un
fluido de trabajo, usualmente un gas o el vapor de un líquido.
Para concluir con este pequeño reportaje podemos ver toda la influencia e
importancia que tiene la termodinamica en la ingenieria en este caso en la
mecanica, y queremos recordar que sin investigacion no hay conocimiento, y
sin conociomiento no hay resultados, sin resultados no hay aportes para la
humanidad, por medio de esto me conlleva a citar la siguientes frases
«Para mí nunca ha habido una mayor fuente de honores terrenales o distinción
mayor que la conexión con los avances de la ciencia». Isaac Newton.
“Educación es lo que queda después de olvidar lo que se ha aprendido en la
escuela.” Albert Einstein.
7. Con estas frases de dos grandes científicos hago un llamado a la reflexión a
todos los ingenieros que tengan el placer de leer este pequeño reportaje de
esta revista, para que esto los haga grandes y así en cada rincón del mundo
surjan las ideas de cada ingeniero, porque este mundo es “Ciencia y Vida”.
