La transferencia de energía tiene lugar cuando la energía se mueve de un lugar a otro. La energía puede moverse de un objeto a otro, como cuando la energía de su pie en movimiento se transfiere a un balón de fútbol, o la energía puede cambiar de una forma a otra.
¿Qué ocurre con la energía que se transfiere?
La energía pasa de un cuerpo a otro en forma de calor, ondas o trabajo. Se degrada. Solo una parte de la energía transformada es capaz de producir trabajo y la otra se pierde en forma de calor o ruido (vibraciones mecánicas no deseadas).
¿Cuándo cesa la transferencia de energía?
Autora – Verónica Pinos Laboratorio de destilación Fuente: Sieuwert Otterloo https://unsplash.com/photos/AuR4z-edGAU La mayoría de las operaciones o procesos unitarios de la industria tales como la destilación, extracción, evaporación, cristalización entre otros; están basados en fenómenos naturales relacionados con los transportes de calor, masa y cantidad de movimiento.
Por lo tanto, para entender las operaciones unitarias se debe conocer sobre los tres fenómenos de transporte. En la transferencia de fluidos, se estudia el transporte de cantidad de movimiento; en la transferencia de calor, se estudia el transporte de energía; y en la transferencia de masa, se aprende sobre el transporte de materia de varias especies químicas.
En la mayoría de las operaciones unitarias las tres transferencias pueden ocurrir simultáneamente; la más lenta de las tres es considerada la controlante. De forma general, los fenómenos de transporte hacen referencia a la velocidad en que una cantidad de alguna de las propiedades extensivas – calor, masa y cantidad de movimiento – se transfiere por unidad de tiempo y de superficie.
Este movimiento se produce debido a un gradiente de la concentración de la propiedad extensiva donde el sistema tenderá de manera natural a equilibrarse y tanto calor, masa y cantidad de movimiento irán del lugar de mayor concentración al de menor concentración. También ocurrirá transporte de las propiedades extensivas si el medio en el que se encuentran está en movimiento, este movimiento se realiza independientemente a que exista o no un gradiente de concentración.
Los transportes pueden trabajar en régimen laminar – transporte molecular, lento y ordenado o régimen turbulento, rápido y caótico. Los procesos se basan en fenómenos naturales. Las transferencias de calor y masa son las responsables de la evaporación del agua. Foto Lago Titicaca. Verónica Pinos. Los tres fenómenos de transporte están relacionados y existen analogías entre ellos; sin embargo, se debe considerar que las analogías no son perfectas debido a dos causas: 1) la concentración de la cantidad de movimiento es una magnitud vectorial a diferencia de las concentraciones de calor y masa que son escalares y 2) El transporte de materia necesita de al menos dos componentes, a diferencia de los otros dos transportes que pueden producirse en un sistema de un solo componente. Transferencia de calor https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heat-transmittance-means1.jpg Mecánica de fluidos, transferencia de fluidos hace referencia al transporte de cantidad de movimiento de un punto a otro. El fluido puede ser newtoniano si su viscosidad (resistencia a fluir) permanece constante a una presión y temperatura dada y no newtoniano si su viscosidad varía con la temperatura y con la tensión cortante que se le aplica. Los perfumes se desarrollan en un proceso de lixiviación. https://eacnur.org/ Transferencia de calor hace referencia al transporte de calor de un punto a otro hasta que los cuerpos y su entorno alcancen el equilibrio térmico. El mecanismo de transferencia de calor a escala atómica se produce debido a los choques entre moléculas, dónde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas.
- La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda Ley de la Termodinámica.
- La transferencia de calor se da por conducción, convección o radiación.
- La conducción se produce únicamente entre sólidos y sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor.
La convección se da por el intercambio de moléculas frías y calientes; se produce únicamente en líquidos y gases ya que sus átomos y moléculas son libres de moverse en el medio. La convección puede ser natural debido a la diferencia de densidades de la materia; o forzada, cuando la materia es forzada al movimiento. En un proceso de difusión las partículas se mueven de una región de alta concentración a una de baja concentración hasta obtener una distribución uniforme. Dicromato difundiéndose en agua. Verónica Pinos. La transferencia de masa se da por la propensión de uno o más componentes de una mezcla al trasladarse desde la zona de mayor concentración hacia la zona de menor concentración.
La transferencia cesa cuando se llega al equilibrio entre las fases debido a que ya no existe la fuerza impulsora. Este transporte puede ocurrir por difusión debido, generalmente, a un gradiente de concentración – másico (densidad o fracción másica) o molar (concentración o fracción molar) – que actúa como fuerza impulsora.
También puede ocurrir por convección debido al movimiento del fluido. La transferencia de masa se da en operaciones unitarias como la destilación, absorción, evaporación, secado, lixiviación, filtración por membrana, etc. Bibliografía:
Bird, B., Stewart, W., & Lightfoot, E. (2006). Fenómenos de Transporte (2da ed.). Limusa Wiley. Calleja, G., García, F., Iglesias, J., De Lucas, A., & Rodríguez, J. (2016a). Nueva introducción a la Ingeniería Química. Volumen 1 (Edición: 1). Síntesis. Calleja, G., García, F., Iglesias, J., De Lucas, A., & Rodríguez, J. (2016b). Nueva introducción a la Ingeniería Química. Volumen 2 (Edición: 1). Síntesis. Cengel, Y., & Cimbala, J. (2006). Mecánica de Fluidos (1ra ed.). McGraw-Hill. Cengel, Y., & Ghajar, A. (2011). Transferencia de Calor y Masa: Fundamentos y Aplicaciones (4a ed). McGraw-Hill. Welty, J., Wicks, C., Wilson, R., & Rorrer, G. (2015). Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer (6ta ed.). Wiley.
Verónica Pinos Ingeniera Química y Doctora en el programa de Ingeniería Química, Ambiental y de Procesos. Docente de la Facultad de Ciencias Químicas en la Carrera de Ingeniería Química. Investigadora del Departamento de Recursos Hídricos y Ciencias Ambientales de la Universidad de Cuenca.
¿Cuántas transferencias de energía hay?
Las cuatro formas principales de transferencia de energía, que son importantes en la protección contra heladas, son la radiación; la conducción (o flujo de calor al suelo); la convección (i.e. la transferencia de calor sensible y calor latente en el fluido); y los cambios de fase asociados con el agua (Figura 3.1).
¿Cuáles son los tres mecanismos de transferencia de energía?
La transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos: conducción, convección y radiación, que 1 Page 2 Mecanismos de transferencia de calor se ilustran en la figura 1.
¿Cuándo se detiene o termina la transferencia de calor?
Todos los modos de transferencia de calor requieren la existencia de una diferencia de temperatura y todos ellos ocurren desde el medio que posee la temperatura más elevada hacia uno de temperatura más baja, y la transferencia de calor se detiene cuando los dos medios alcanzan la misma temperatura.
¿Qué dificulta la transferencia de calor?
Transferencia de energía: calor El calor puede viajar de un cuerpo a otro por conducción, convección y radiación. Según la facilidad de los materiales para transmitir el calor a través de ellos, se clasifican como: Ejemplos de materiales conductores son los metales (el mejor es la plata). Ejemplos de materiales aislantes son: cerámicas, vidrios, gases, fibra de vidrio, lana, etc.
¿Cómo se transforma la energía de una forma a otra?
La energía eléctrica se transforma en luz y calor en los relámpagos. La energía química se transforma en luz y en calor en las combustiones. La energía química se transforma en mecánica en los seres vivos. La energía solar se transforma en energía química en la fotosíntesis.
¿Cuáles son los 5 procesos Termodinamicos?
Tipos de procesos termodinámicos Isotérmico: proceso a temperatura constante. Isobárico: proceso a presión constante. Isométrico o isocórico: proceso a volumen constante. Isoentálpico: proceso a entalpía constante.
¿Qué es la termodinámica y para qué sirve?
La termodinámica es una de las ramas de la química con mayor uso práctico en nuestra vida cotidiana, sobre todo en la ingeniería y la ciencia exacta. Este campo estudia las reacciones energéticas y la viabilidad en cuanto a las reacciones químicas. Por ello, es considerada un pilar fundamental en los procesos que se llevan a cabo al interior de las industrias química y petroquímica, entre otras.
Si observamos con detenimiento nuestro entorno, hallaremos diversas aplicaciones de la termodinámica en nuestras vidas. Por ejemplo, cuando almacenamos la energía en baterías que luego colocamos en nuestros celulares o computadoras, así como en los autos eléctricos. Todos los usos de la termodinámica parten de tres leyes elementales.
Leyes de la termodinámica La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Se aplica en el funcionamiento de los motores de los autos, durante la etapa de combustión, o al hervir agua en una tetera, cuando se genera el vapor. El calor se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura, nunca al revés.
- Lo notamos cuando ponemos una mano sobre una superficie fría y luego de unos minutos, esta superficie queda más caliente.
- Si dos o más cuerpos con diferentes temperaturas entran en contacto, luego de un tiempo, ambos conservarán la misma temperatura.
- Se observa cuando colocamos hielo a un vaso con agua.
El hielo se derrite y el agua alcanza un equilibrio térmico. Podemos concluir que la termodinámica interviene en muchos procesos empíricos y útiles en nuestra vida diaria, aunque no sepamos a conciencia cuándo ni cómo suceden. Entender y experimentar los principios fundamentales de transformación y conservación de la energía pueden ayudarnos, incluso, a salvar vidas.
¿Cómo se aplican las leyes de la termodinamica en la vida cotidiana?
Se aplica en el funcionamiento de los motores de los autos, durante la etapa de combustión, o al hervir agua en una tetera, cuando se genera el vapor. El calor se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura, nunca al revés.
¿Qué implicación tiene la energía en el transcurso de una reacción química?
La energía de los enlaces químicos. – El efecto energético que caracteriza a cualquier reacción química es el resultado de los cambios que se producen al romperse y producirse nuevos enlaces entre los átomos. El hecho es que cada ruptura de un enlace químico está intrínsecamente ligada a la absorción de una cantidad adecuada de energía, mientras que la formación de un nuevo enlace provoca la producción de energía.