Estudio de la termodinámica en la Ingeniería mecánica

Saludos a todos los amigos de steemit.

En esta oportunidad quiero dar a conocer de manera resaltante la importancia que tiene en algunos aspectos el estudio de la termodinámica en la ingeniería mecánica.

Para ello dividiré la descripción del artículo en tres pequeños bloques fundamentales, el primero será una breve descripción teórica de lo que es la termodinámica, leyes de la termodinámica y los principios fundamentales que rigen esta tan importante rama de la física.

El segundo bloque será un resumen descrito desde mis perspectiva de la importancia que tiene la termodinámica dentro de la ingeniería mecánica. Por el último redactare una parte enfocada, a conclusiones, análisis y recomendaciones orientadas a la correcta aplicación de esta ciencia a la ingeniería mecánica, sin dejar de lado las aplicaciones que podemos encontrar en el diseño y construcción de ciertas maquinarias que ayudan los procesos dentro de la ingeniería mecánica aplicando los conocimientos de la termodinámica.

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Bases teóricas del estudio de la termodinámica.

Son muchos los procesos que se dan en la industria que necesitan del estudio y aporte de la ingeniería mecánica, y esta dentro de sus formas de aplicación, se nutre de la termodinámica para resolver muchos fenómenos que involucran cambios en las transferencias de energía debido a cambios dentro de las temperaturas en diferentes sistemas involucrados.

Por muchos tiempos el estudio de la termodinámica ha estado más apegado a la ciencia que a la ingeniería, es decir desde los años 1820 en adelante la termodinámica radicó sus estudios en las teorías atómicas y moleculares (estructura interna de la materia) paseándose por diversas teorías hasta llegar a estudios y aportes más prácticos como por ejemplo el poder dar un modo y estilo de vida más moderno a la humanidad. Alguna vez se han hechos las siguientes preguntas:

¿Cómo es que un refrigerador enfría su contenido?

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¿Qué tipos de transformaciones son las que se presentan en una planta generadora de electricidad?

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¿Qué le ocurre a la energía cinética de un objeto en movimiento cuando este llegue al reposo?

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Las transformaciones y evolución que fue dando el estudio de la termodinámica hace que surjan una series de leyes que dan respuestas a esas interrogantes, y de paso de que la termodinámica a parte de regirse por estudios científicos, pueda dar aportes a la ingeniería.

• Leyes de la termodinámica
• Ley cero (equilibrio térmico): Si dos objetos A y B están separadamente en equilibrio térmico con un objeto C, entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí. Esta ley se resume con el siguiente gráfico:

[Fuente de la imagen: libro de física. Autor: serway. Imagen editada con herramientas de microsoft power point]

Otra manera resumida y entendible para entender la ley cero de la termodinámica es teniendo en cuenta que si dos objetos: A y B están en equilibrio es porque tienen la misma temperatura, caso contrario tendrían temperaturas diferentes si no están en equilibrio térmico.

• Primera ley de la termodinámica: Esta es una ley que puede aplicarse a numerosos procesos dentro de la ingeniería mecánica, y a la vez proporciona un enlace entre lo microscópico y macroscópico.

La primera ley de la termodinámica es un caso especial de la ley de la conservación de la energía, la cual comprende dos etapas:

• Cambios en la energía interna de la materia.
• Transformación de energía por calor y trabajo.

Para entender un poco como funciona la primera ley, expongo el siguiente ejemplo:

Supongamos que tenemos un gas a unas condiciones iniciales cuya presión y volumen sería Presión inicial y volumen inicial, este gas es sometido a un gradiente de temperatura en el que adquiere un estado final de presión final y volumen final.
Es obvio que durante este proceso el gas sufrió un cambio, en donde ocurrió una transferencia de energía al sistema por medio de calor, proceso mediante el cual también se efectuó un trabajo sobre el sistema.

Se puede concluir que el trabajo más la transferencia de calor en el cambio de estado inicial y final está determinada por completo por los estados iniciales y finales del sistema y va hacer igual a la energía interna que manifiesta el sistema.

Lo que significa que toda la primera ley se puede resumir en la siguiente ecuación:

∆E=Q+W
Donde:
∆E= Energía interna del sistema
Q= Transferencia de calor
W= Trabajo efectuado por el sistema

Aplicación de la termodinámica en la ingeniería mecánica. (perspectiva personal).

No existen proceso que se ejecuten dentro de las industrias, donde no existan transferencias y transformaciones de energía, como se menciono al principio del artículo con las tres interrogantes de análisis que se realizarón, la transformación de la energía eléctrica necesita de una ciencia como la termodinámica para poder entender todos esos procesos térmicos y de transferencia de calor.

La termoeléctrica transforma el calor generado por el combustible de gas-oil en electricidad, en todo ese proceso es de vital importancia los principios fundamentales de la s leyes de la termodinámica, sobre todo para entender qué tiene que existir un balance en las transferencias de energía.

Conclusión

Trascendamos en el estudio de la termodinámica para llevar los procesos industriales de la mejor manera, más optimizados, sobre todo en el ámbito industrial donde existan calderas, turbinas, evaporadores, condensadores, torres de enfriamiento, procesos de combustión a gran escala. Sabiendo manejar y aplicar las leyes de la termodinámica mejoraremos estos procesos,que a su vez infieren en la mejoría de los sistemas de producción.

El ingeniero mecánico como diseñador, supervisor y evaluador de diversos proyectos que involucren ser mantenedor, tiene tener conocimientos claros y de aplicación en la termodinámica, sobre todo teniendo en cuenta que ya en el ámbito laboral se pierde mucho el sentido académico, y muchos procesos se dejan viciar por la costumbre para resolver los problemas, y se deja de la mano lo académico, y en este caso particular la termodinámica como eje fundamental dentro de la Ingeniería en general y más aún en la ingeniería mecánica.