La cátedra de termofluidos se destina al estudio de la energía y los procesos en los cuales esta se transfiere y se transforma. Se presenta como una fusión de otras dos materias más populares e independientes en los estudios universitarios, una es Termodinámica y la otra es Mecánica de los Fluidos. A manera de introducción acerca de lo que son las leyes de la energía (cuyo primer contacto corresponde a la Termodinámica) puede observar el siguiente video:
Existen diversos tipo de energía y también diversos procesos de transformación entre ellas, como muestra observe detalladamente la siguiente imagen:
La ecuación que aparece en la esquina superior izquierda es la expresión matemática de la primera ley de la termodinámica. Para fines de este curso se estudiarán las energías térmica, mecánica e hidráulica, pero independientemente del tipo de energía que se estudie, todos los procesos de transferencia y transformación de energía obedecen a las leyes de la termodinámica. La energía mecánica abarca otros tipos de energía que no aparecen representadas en el diagrama, formas de energía más conocidas y estudiadas en cualquier curso de física universitario, son la energía cinética y potencial.
La energía cinética (denotada en ocasiones como Ec tal como aparece en la imagen a continuación y en otras ocasiones como K, siendo esta última la forma de notación más difundida) es la que se manifiesta en forma de movimiento de un cuerpo a alguna velocidad.
Por su parte, la energía potencial (denotada por U) es la forma que adquiere la energía cuando se almacena. Existen numerosos ejemplos de energía potencial, pero no abundan las fórmulas para calcularla, por lo general su valoración resulta de un proceso de conversión en otro tipo de energía o calculando el cambio de energía a partir de la cual se originó. Desde el punto de vista energético, cuando un atleta tensa un arco con flecha, lo que está ocurriendo es que la flecha se carga de energía potencial que al momento de soltarla se transforma en energía cinética (movimiento), cuando una batería se carga, la energía adquirida no se utiliza de inmediato sino que se almacena y se va liberando lentamente conforme a la demanda energética del dispositivo al que está conectada, gracias a eso funcionan los celulares y demás dispositivos móviles sin necesidad de estar conectados a la red eléctrica (de ahí su nombre de "móviles"). En cuanto a las fórmulas, dos excepciones ocurren en los casos de resortes (muelles) y movimientos en dirección contraria al campo gravitacional ya que estos casos presentan ecuaciones propias, siendo este último caso la ecuación más utilizada.
En los cursos de física se estudia la frecuente transformación entre la energía cinética y potencial, un breve repaso de estas trasformaciones puede verse en el siguiente video:
Si el estudiante siente que necesita un mejor recordatorio de qué es y cómo se calcula la energía cinética y potencial, le comendamos ver el siguiente video, en caso contrario puede omitirlo y continuar.
Unidad I: Calor, Trabajo y Energía
Todo proceso de transformación energética ha sido clasificado en uno de dos grandes grupos, Calor o Trabajo. La forma más simple de establecer las diferencias entre una y otra forma está en la "visibilidad" del proceso, es decir, cuando la transferencia energética produce un fenómeno no siempre apreciable sobre todo cuando involucra pequeñas cantidades de energía, ese proceso se clasifica como Calor. La transferencia de calor está muy íntimamente ligada a la temperatura, como puede apreciarse en el siguiente video:
Por su parte, la energía transferida en forma de trabajo, siempre genera efectos visibles, aun con pequeñas cantidades de energía transferida. Por ejemplo, observe las siguientes imágenes:
Solo observando las imágenes, ¿resultaría posible identificar cuando los ventiladores están encendidos y cuándo apagados?
Observe ahora la siguiente imagen:
¿Observa alguna diferencia entre los extremos izquierdo y derecho de la válvula fotografiada?
Con la ayuda de las nuevas tecnologías se han desarrollado las cámaras termográficas, lo que permite ver en patrón de colores las distintas temperaturas existentes en un lugar o objeto determinado. Una imagen termográfica de la anterior válvula sería la siguiente:
Sin la ayuda de la cámara termográfica, ¿pudo apreciar alguna diferencia?
Si ha comprendido la idea de fondo en estas fotografías, ha entendido la diferencia entre las transferencias de energía en forma de calor y trabajo.
Para acceder al material de consulta recomendado para la presente unidad, pulsar aquí.
Unidad II: Hidrostática e Hidrodinámica I
Contenido en desarrollo.
Unidad III: Hidrodinámica II
Contenido en desarrollo.
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