Termofluidos

Las ciencias termofluídicas comprenden dos grandes ramas, la mecánica de fluidos y la termodinámica. La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica aplicada que comprende el movimiento de los fluidos, sea en reposo o movimiento (Giles, 1999). La termodinámica es la ciencia que estudia las interrelaciones entre calor y trabajo sobre un sistema y sus alrededores.

La mecánica de fluidos y la termodinámica influyen fuertemente en la mayoría de los elementos que rodean nuestra vida cotidiana. Ejemplo de estos están las ollas de presión, la preparación de alimentos, sistemas de drenaje, sistemas de conducción de agua potable, plancha, lavadora, secadoras, entre otras aplicaciones.

Toda ciencia comprende un vocabulario único. La comprensión de las ciencias termofluídicas conlleva el estudio de los conceptos fundamentales de esta ciencia.

El siguiente texto contempla los conceptos introductorios en las ciencias termofluídicas desde las dimensiones y unidades utilizadas hasta las propiedades de los fluidos, sus clasificaciones y la ley del gas ideal. Ilustramos los conceptos con imágenes, gráficas, tablas y ecuaciones para la mayor comprensión de los mismos.

4. Conceptos Básicos

4.1 Definición y Campo de Estudio de la Termodinámica y Mecánica de Fluidos

Es preciso iniciar el estudio de los conceptos básicos de las ciencias termofluídicas con las definiciones de termodinámica y mecánica de fluidos y sus campos de aplicación.

4.1.1 Termodinámica

Se puede definir termodinámica como la ciencia que se encarga del estudio de la energía y las interacciones entre calor y trabajo. (Cengel & Boles, 2011).

Debido a que la termodinámica se encuentra fácilmente en muchos aspectos de la vida, mencionaremos sólo algunos campos de aplicación:

El hecho de que el corazón bombee sangre a lo largo del cuerpo corresponde a cambios de energía en billones de células en el cuerpo y a una transferencia de calor hacia el exterior del cuerpo.

Sistemas de intercambio de temperatura como los condensadores utilizados en los laboratorios de química y aplicaciones de ingeniería son campos de aplicación de la termodinámica.

La volatilidad de un líquido para pasar a estado gaseoso se debe a efectos de la termodinámica.

Estufas eléctricas o a gas, ollas de presión, calentadores de agua, regaderas, planchas, incluso la computadora y el televisor funcionan bajo las leyes de la termodinámica (Cengel & Boles, 2011).

4.1.2. Mecánica de Fluidos

La rama de la mecánica aplicada que estudia el comportamiento de los fluidos ya sea en reposo o en movimiento constituye la mecánica de fluidos (Giles, 1999). La mayoría de los mecanismos y aplicaciones de ingenierías que utilizan fluidos están de una u otra forma relacionadas con la mecánica de fluidos.

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos podemos mencionar:

Bombas eléctricas para conducir agua a través de las tuberías en un edificio.

Los motores de reacción que descargan un chorro de un fluido a gran velocidad para producir un empuje, representan una aplicación común de la mecánica de fluidos.

Otra aplicación de la mecánica de fluidos son las máquinas usadas para la elevación de cargas como los gatos hidráulicos.

4.2 Dimensiones y Unidades

Es necesario de una medida cuantitativa para describir cualquier cantidad dada. Ejemplo de ello es medir la altura de una persona y afirmar que mide 1,75 unidades no tiene sentido si no se define la unidad de longitud.

Podemos llamar dimensión a una característica o cantidad física medible; tales como: temperatura, longitud, tiempo, etc.

Las dimensiones pueden clasificarse en primarias o secundarias:

Dimensiones primarias: son independiente de otras dimensiones (Shames,

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