QUÍMICA ORGÁNICA
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  Tema 0. FUNDAMENTOS

- Calor
- Termodinámica y transferencia de calor
- Energía
- Transferencia de energía
- Entalpía
- Primer Principio de la Termodinámica
- Calor específico
- Transferencia de calor
- Balance de energía
   
ARRIBA CALOR
  - La forma de energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una diferencia de temperatura entre los dos sistemas de denomina CALOR.
   
ARRIBA TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
  - La Termodinámica estudia la cantidad de calor puesta en juego cuando el sistema pasa de un estado de equilibrio a otro. No se ocupa del tiempo que transcurre ni de los estados de no equilibrio.
   
ARRIBA - La Transferencia de calor estudia la velocidad de transferencia de calor entre dos sistemas. Trata los estados de no equilibrio.
   
 

- El REQUISITO INDISPENSABLE para que tenga lugar la transferencia de calor entre dos sistemas es la existencia de una DIFERENCIA DE TEMPERATURA entre ellos. La transferencia de calor se produce desde el sistema de temperatura alta al sistema de temperatura baja. Cuanto mayor es el gradiente de temperatura mayor es la velocidad de transferencia de calor.

   
ARRIBA ENERGÍA
  - La energía se puede clasificar en los siguientes tipos: térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear.
   
  - Se considera energía interna la suma de la energía cinética y potencial de las moléculas. A temperaturas elevadas las moléculas presentan energía cinética más elevada y, por tanto, mayor energía interna. Un sistema en fase gaseosa presenta mayor energía interna que en fase líquida puesto que las moléculas poseen mayor energia cinética. El calor latente es la cantidad de calor que absorbe o genera una unidad de masa de un material durante una variación de fase.
   
 

- Unidades:
-- Sistema Internacional: Julio ( J )
-- Sistema Imperial ( anglosajón) : BTU ( British Thermal Unit ) ............................ 1 BTU = 1055,6 J ; 1 Cal = 4,1868 J

   
ARRIBA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
  - La energía se puede transferir desde un sistema a otro mediante dos procesos: calor ( Q ) y trabajo ( W ). Una interacción energética es transferencia de calor si su causa impulsora es una diferencia de temperatura. De lo contrario es trabajo.
   
ARRIBA ENTALPÍA ( H )
  - H = U + P*V ; U -> energía interna ; P -> presión ; V -> volumen
-- En valores específicos ( por unidad de masa ) : h = u + P*v
   
ARRIBA PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
  - Enunciado 1. Principio de Conservación de la energía: " LA ENERGÍA NI SE CREA NI SE DESTRUYE, SÓLO SE TRANSFORMA "
   
  - Enunciado 2. Q = DU + W ; dada una cantidad de energía térmica o calor ( Q ) que fluye dentro de un sistema, ésta debe aparecer como un incremento de la energía interna del sistema ( DU ) o como un trabajo ( W ) efectuado por el sistema sobre su entorno.
   
ARRIBA CALOR ESPECÍFICO
  - Se define calor específico de una sustancia como la energía necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de dicha sustancia en un grado. Puede ser a volumen constante ( Cv ) o a presión constante ( Cp ). Cp > = Cv ; Unidades: J / ( kg*K )
   
  - El calor específico es una medida de la capacidad del material para almacenar calor.
   
  - El calor específico puede ser a volumen constante ( Cv ) o a presión constante ( Cp ). Cp > = Cv. Para los gases ideales Cp = Cv + R ; R -> Constante de Boltzman. En general, los calores específcos dependen de la presión y la temperatura, sin embargo para un gas ideal sólo dependen de la temperatura. A bajas presiones los gases reales se aproximan al comportamiento ideal y, por tanto, sus calores específicos sólo dependen de la temperatura.
   
  - Los cambios diferenciales en la energía interna ( u ) y en la entalpía ( h ) de un gas ideal se pueden expresar como:
-- du = Cv*dT
-- dh = Cp*dT

- Los cambios finitos de la energía interna y la entalpía de un gas ideal durante un proceso se pueden aproximar mediante los valores de los calores específicos a la temperatura promedio:
-- En valores específicos Du = ( Cv promedio ) * DT
-- En valores específicos
Dh = ( Cp promedio ) * DT
   
  - Para sustancias incompresibles ( sólidos y gases ) Cv = Cp = C ; DU = m * ( C promedio ) * DT
   
ARRIBA TRANSFERENCIA DE CALOR
  - En este documento la cantidad de calor transferido durante un proceso de denota por Q y su unidad en el S.I. es el Julio ( J ) .
- La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es la velocidad de transferencia de calor y en este documento se denota por Q-punto que es lo mismo que. Su unidad en el S.I. es el J / s = W .
- Conocida la velocidad de transferencia de calor se puede determinar la cantidad de calor transferida en un intervalo de tiempo por:


- Si Q-punto es constante, entonces Q = Q-punto * Dt
   
  - La velocidad de transferencia de calor por unidad de área ortogonal a la dirección de transferencia es el flujo de calor y en este documento se denota por q-punto que es lo mismo que . El flujo promedio de calor se expresa como q-punto = Q-punto / A. Sus unidades en el S.I. son : W / m2
   
  - NOTA: En otros documentos la velocidad de transferencia de calor ( Q-punto en este documento ) se denota por q-punto; y el flujo calor ( q-punto en este documento ) se denota por j .
   
ARRIBA BALANCE DE ENERGÍA
  - a) Esale = Eentra + Epérdidas
- b) ( Energía total que entra en el sistema ) - ( Energía total que sale del sistema ) = ( Cambio en la energía total del sistema )
   
  - SISTEMAS CERRADOS ( Sólo existe intercambio de energía con el universo )
-- La transferencia de calor sólo se realiza mediante calor ; Q = DU + W ; W = 0 ; entonces Q = DU = m * Cv * DT
   
 

- SISTEMAS ABIERTOS ( Existe intercambio de masa y energía con el universo )
-- La cantidad de masa que fluye a través de la sección transversal de un ducto por unidad de tiempo es el caudal másico y en este documento se denota por m-punto que es lo mismo que .
-- m-punto = ro * v * As ;
--- ro: densdidad del fluido
--- v: velocidad del flujo
--- As: área de la sección transversal del ducto

-- En régimen estacionario: ( m-punto entra ) = ( m-punto sale ) = m-punto

-- Cuando la variación de energía cinética y potencial es despreciable y no se realiza trabajo el balance de energía se reduce al calor.
--- Q-punto = m-punto * Dh = m-punto * Cp * DT

   
ARRIBA - BALANCE DE ENERGÍA EN UNA SUPERFICIE
-- Una superficie no contiene ni volumen ni masa y, por tanto, tampoco energía. Se puede considerar como un sistema ficticio cuyo contenido de energía permanece constante durante un proceso. El balance de energía será: Eentra = Esale

-- Balance de energía para la superficie exterior de una pared


-- Eentra = Esale => Q1-punto = Q2-punto + Q3-punto
-- Cuando no se conocen la direcciones de transferencia se pueden suponer todas entrantes ( dirigidas a la superficie ) y el balance de energía será: Eentra = 0

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