ENERGÍA
INTERNA
En física, la energía interna (U) de un sistema
intenta ser un reflejo de la energía a escala macroscópica. Más concretamente,
es la suma de:
·
La energía cinética interna, es decir, de
las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que forman un
cuerpo respecto al centro de masas del sistema,
·
La energía potencial interna, que es la
energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.
La energía interna no incluye la energía cinética
traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía
potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo
gravitacional o electrostático externo.
Todo cuerpo posee una energía acumulada en su interior
equivalente a la energía cinética interna más la energía potencial interna.
Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será
el resultado de la suma de la energía cinética de las moléculas o átomos que
constituyen el sistema (de sus energías de traslación, rotación y vibración) y
de la energía potencial intermolecular (debida a
las fuerzas intermoleculares) e intramolecular
de la energía de enlace.
En un gas ideal monoatómico bastará
con considerar la energía cinética de traslación de sus átomos.
En un gas ideal poliatómico, deberemos considerar además la
energía vibracional y rotacional de las mismas.
En un líquido o sólido deberemos añadir la energía potencial
que representa las interacciones moleculares.
Desde el punto de vista de la termodinámica,
en un sistema cerrado (o sea, de paredes
impermeables), la variación total de energía interna es igual a la suma de las
cantidades de energía comunicadas al sistema en forma de calor y de
trabajo {\displaystyle \Delta U=Q+W} (en
termodinámica se considera el trabajo negativo cuando este entra en el sistema
termodinámico, positivo cuando sale). Aunque el calor transmitido depende del
proceso en cuestión, la variación de energía interna es independiente del
proceso, sólo depende del estado inicial y final, por lo que se dice que es
una función de estado. Del mismo
modo {\displaystyle dU} es una
diferencial exacta, a diferencia de {\dislaystyle \eth Q}, que depende
del proceso.
MÁQUINAS TÉRMICAS
Una máquina térmica es
un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía,
generalmente a través de un eje,
mediante la variación de energía de
un fluido que
varía su densidad significativamente
al atravesar la máquina. Se trata de una máquina de fluido en la que varía el volumen específico del fluido en tal
magnitud que los efectos mecánicos y
los efectos térmicos son interdependientes.
Por el contrario, en una máquina hidráulica, que es otro tipo de máquina
de fluido, la variación de densidad es suficientemente pequeña como para poder
desacoplar el análisis de los efectos mecánicos y el análisis de los efectos
térmicos, llegando a despreciar los efectos térmicos en gran parte de los
casos. Tal es el caso de una bomba hidráulica, a través de la cual
pasa líquido.
Alejándose de lo que indica la etimología de la palabra «hidráulica», también
puede considerarse como máquina hidráulica un ventilador,
pues, aunque el aire es
un fluido compresible, la variación de volumen específico no es muy significativa
con el propósito de que no se desprenda la capa límite.
En una máquina térmica, la compresibilidad del
fluido no es despreciable y es necesario considerar su influencia en la
transformación de energía.
Máquina térmica y motor térmico
En un principio se podría definir
a una máquina térmica como un dispositivo, equipo o una instalación destinada a
la producción de trabajo en virtud de un aporte calórico. Aunque en algunas
definiciones se identifican como sinónimos los términos «máquina térmica
motora» y «motor térmico», en otras se diferencian ambos
conceptos. Al diferenciarlos, se considera que un motor térmico es un conjunto
de elementos mecánicos que permite obtener energía mecánica a partir de la
energía térmica obtenida mediante una reacción de combustión o
una reacción nuclear. Un motor térmico dispone de
lo necesario para obtener energía térmica, mientras que una máquina térmica
motora necesita energía térmica para funcionar, mediante un fluido que dispone
de más energía a la entrada que a la salida.
Clasificación
Según el sentido de transferencia de energía
Las máquinas térmicas pueden clasificarse, según el sentido
de transferencia de energía, en:
·
Máquinas térmicas motoras, en las cuales la
energía del fluido disminuye al atravesar la máquina, obteniéndose energía mecánica en el eje.
·
Máquinas térmicas generadoras, en las cuales la
energía del fluido aumenta al atravesar la máquina, precisándose energía
mecánica en el eje.
Según el
principio de funcionamiento
Atendiendo al principio de
funcionamiento, las máquinas térmicas se clasifican en:
Máquinas volumétricas o máquinas
de desplazamiento positivo, cuyo funcionamiento está basado en principios
mecánicos e hidrostáticos, de manera que el fluido en algún
instante está contenido en un volumen limitado por los elementos de la máquina.
En este tipo de máquinas el flujo es pulsatorio. Se dividen a su vez en dos
tipos según el movimiento del órgano propulsor: alternativas, cuyo movimiento
es rectilíneo; y rotativas, cuyo movimiento
es circular.
Turbomáquinas,
cuyo funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre el
fluido y un rodete.
En estas máquinas el flujo es continuo.
