Apuntes para todos los estudiantes y cursos

Velocidad critica en mecánica de fluido

1-Aportación de Jacob Perkins a la refrigeración

1-Inventó los tubos de agua para generador de vapor que actualmente llevan el nombre de Field

2-Inventó la máquina destinada a ser la base de la actual industria de la refrigeración


3- Diseñó una pequeña planta en la que se elaboraban bloques de hielo haciendo circular salmuera refrigerada por el éter comprimido con un compresor mecánico, alrededor de unas latas que conténían el agua.

2-Quien invento la primera maquina de refrigeración que funciónó comercialmente y en que año?

John Gorrie, en 1844


3-Quien ideo el sistema de absorción

Ferdinand Philippe Edouard Carré

4-Como funciono la maquina de operación intermitente de carre

La máquina pequeña, figura 1 y 2 de la 1ª lámina, era de carácter doméstico y portátil. Podía hacer de 0,5 a 2 kg. De hielo en cada operación; tenía dos elementos principales que actuaban alternativamente, el primero como calentador y absorbedor y el segundo como condensador y evaporador. El aparato se ponía a calentar durante 35 a 70 minutos; la solución concentrada de amoniaco se calentaba hasta 130°C, el gas amoniaco abandonaba la solución acuosa y pasaba al condensador donde se licuaba. En la fase de enfriamiento, aproximadamente de la misma duración, una bandeja de metal con agua se ponía en esta misma parte del equipo, que ahora funcionaba con evaporador, y el agua se congelaba. El aparato empleaba aproximadamente 3 kg de carbón de madera por cada kilo de hielo producido.

5-Explica energía interna y su formula

Un cuerpo tiene energía interna así como externa. Por lo tanto mientras que su cuerpo tiene energía mecánica externa debido a su velocidad, posición o configuración, con relación a algunas condiciones de referencia, tiene también energía interna como resultado de la velocidad, posición y configuración de las moléculas de los materiales que conforman un cuerpo.

Las moléculas de un material cualquier poseer energía de ambos tipos: cinética y potencial. La energía interna total de un cuerpo es la suma de su energía cinética interna y de su energía potencial interna.

U = K + P

6-Explica condensación al aumento de presión a una temperatura de condensación

Cuando se comprime un gas a temperatura constante, su volumen de reduce y la densidad del vapor se ven forzadas a ocupar un volumen menos. La temperatura del vapor aumenta al aumentar la presión, hasta que se alcanza un punto en el que la temperatura de saturación del vapor es igual a la temperatura que realmente tiene el vapor. Cuando se alcanza esta situación, la densidad del vapor se encontrara al vapor máximo para esta condensación, en cualquier compresión posterior causara que parte del vapor tome la estructura molecular mas restringida del estado liquido.

7-Entropía y su formula

La entropía de una masa de material dado en una condición específica es la expresión del calor total transferido al material, por grado de temperatura, para llevar el material a esta condición, partiendo de una condición inicial tomando como entropía cero. El punto cero de entropía se toma como el del agua a 0º. La entropía calorífica transferida durante un proceso se puede expresar como el producto de cambio de entropía y la temperatura promedio.

Si no hay transferencia de calor durante el proceso, no hay cambio en la entropía, la transferencia de energía calorífica, ya sea que ocurra a una fuente externa o puede tener lugar totalmente dentro del fluido como resultado de fricción interna.


8-Explica el psicómetro de péndulo

Esta hecho de dos termómetros, uno de bulbo húmedo y otro de bulbo seco, montado contiguamente en una cubierta protectora unida a un mango por medio de una conexión articulada de manera que pueda girar fácilmente la caja con la mano.

La temperatura que registra un termómetro de bulbo húmedo siempre será más baja que la temperatura del bulbo seco, dependerá de la humedad relativa del aire y se llama depresión del bulbo húmedo.

9-Explica el proceso adiabático, diagrama y formula

Es aquel en el que el gas cambia su condición sin absorber o entregar calor, como tal, de uno a otro cuerpo externo durante el proceso. Por lo demás la presión, volumen y temperatura del gas, varían durante un proceso adiabático, y ninguna de ellas permanece constante.

Una expansión adiabática siempre viene acompañada por una disminución en la temperatura del gas al entregar el gas su propia energía interna para efectuar el trabajo.

La energía del gas aumenta en una cantidad igual a la cantidad de trabajo efectuado y, puesto que no entrega energía calorífica a un cuerpo externo durante la compresión, la energía calorífica equivalente del trabajo efectuado sobre el gas, se almacena como aumento de la energía interna, con lo que aumenta la temperatura del gas.

Debido a que no hay transferencia de calor del gas durante este proceso, el calor es siempre cero y la ecuación de la energía para un proceso adiabático queda de la siguiente forma:

ΔWa= -Δka

10-Explica el proceso isotérmico(Proceso a temperatura constante

), diagrama y formula

Cuando se comprime o expande un gas a temperatura constante la presión varía inversamente con el volumen. Si la temperatura del gas ha de permanecer constante durante la compresión, el gas debe entregar a algún cuerpo externo una cantidad de calor igual a la cantidad del trabajo efectuado por él, durante la compresión. Y la ecuación general de la energía para un proceso a temperatura constante se puede escribir

ΔQt= ΔWt

11-Cuatro puntos de solicitud de patente de gorrie de su maquina de refrigeración

La descripción de su funcionamiento incluye de su solicitud de patente, parte de la cual se transcribe a continuación:

1. El empleo de un líquido incongelable a la baja temperatura a la que es necesario mantener la máquina, para recibir el calor del agua que debe congelarse y entregárselo al aire en expansión.

2. El empleo de una máquina con el objeto de que la expansión del aire condensado sea gradual, para obtener así todos sus efectos refrigerantes y al mismo tiempo aprovechar la fuerza mecánica con la que tiende a dilatarse, para ayudar a trabajar la bomba de condensación, independientemente de la forma en que se armen, dispongan o funcionen las distintas partes.

3. Suministrar el agua lenta y gradualmente a las vasijas de congelamiento, y congelarla extrayendo calor desde la superficie de abajo, fundamentalmente como aquí se describe.

4. El proceso de enfriar o congelar líquidos comprimiendo aire en un recipiente, extrayendo el calor producido en la compresión por medio de un chorro de agua, permitiendo que el aire comprimido se expanda en una máquina rodeada por un depósito de un líquido incongelable, que se inyecta continuamente dentro de la máquina y vuelve al depósito y que sirve como intermediario para absorber el calor del líquido que será enfriado o congelado y para entregarlo al aire en expansión.

12-Aportación de George Claude en 1910 en la criogenia

En 1910 inició el estudio de las descargas eléctricas en los gases aplicándolas a la iluminación

13-Dirección y rapidez de flujo calorífico

El calor pasa de un cuerpo a otro cuando, y solo cuando, existe una diferencia de temperatura entre los dos cuerpos. Si la temperatura de los dos cuerpos es la misma, no hay transferencia de calor.

El calor siempre fluye, según la escala de temperatura, de una temperatura elevada a una baja, o sea de un cuerpo caliente a uno frio, y nunca en la dirección opuesta. Puesto que el calor es energía y no puede destruirse, si el calor abandona a un cuerpo material, debe fluir a otro cuerpo material y ser absorbido por él, siendo la temperatura del segundo cuerpo inferior a la de aquel que se está enfriando.

14-Condensación por la extracción de calor de un vapor saturado

Cuando se enfría un vapor, las moléculas de vapor no pueden mantener la suficiente energía y velocidad para vencer las fuerzas atractivas mutuas y permanecer como moléculas de vapor. Cuando ocurre condensación en un vapor confinado de manera que el volumen permanece constante, la densidad y la presión del vapor se reduce de manera que hay una disminución de la temperatura de saturación.

15-Entalpía y su formula

La entalpía de una masa dada de materia en cualquier condición termodinámica especifica, es una expresión del calor total que debe ser transferido al material para llevar a este a la condición especifica, partiendo de una condición inicial tomada arbitrariamente como punto de entalpía cero, la entalpía especifica es la entalpía unitaria de 1 kg. Los valores de las propiedades calculables deben determinarse desde algún punto cero. Por lo tanto; H= u PV/J

 Esta se lleva a cabo a presión constante y a temperatura variable. La parte de la energía transferida y que es almacenada en el fluido como aumento de energía interna esta representada por el termino u, mientras que aquella parte del calor transferido que abandona el fluido como trabajo está representado por PV/J.

16-Ley de Dalton de la presión parcial

En cualquier mezcla mecánica de gases y vapores que no se combinan químicamente:


Cana uno de los gases en la mezcla ejerce una presión parcial individual que es igual a la presión que ejercería el gas si ocupara solo un espacio.

La presión total de la mezcla de los gases es  igual a la suma de las presiones parciales ejercidas por los gases o vapores individuales.

La presión barométrica total se puede considerar como la suma de solo dos presiones; la presión parcial ejercida por los gases secos y la presión parcial ejercida por los gases o vapores individuales.

17-Que es humedad relativa

La humedad relativa expresada en porcentaje es la relación del peso del vapor por m3 de aire, con relación al peso de vapor de agua contenido en 1 m3 de aire saturado a la misma temperatura, es decir:

Humedad relativa= peso del vapor de agua por m3 de aire *100/peso de vapor de agua en 1 m3 de aire saturado a la misma temperatura.

18-Cuales fueron las aportaciones de Antoine baume a la refrigeración

Inventó la escala de areómetro de su nombre, en 1760; e investigó sobre la fabricación de porcelana. También fundó industrias para producir cloruro amónico y acetato de plomo, y preparó fórmulas magistrales conocidas. Publicó Disertation sur l’éther en 1757 y Chimie experimentale et raisonée, entre otras obras. En sus escritos expone, además, que sobre la misma época, formó hielo artificial gracias a que el éter expuesto al aire se evapora con la mayor prontitud y produce al evaporarse un frío muy sensible en el cuerpo que se evapora.

Estas mezclas permitieron experimentos a bajas temperaturas y así, en 1715, utilizando una mezcla de nieve y nitrato amónico, Fahrenheit establecía el cero de su termómetro; en 1760 von Braun congeló el Mercurio a -40° C, etc.

19-Aportación de olivers Evans ala refrigeración, en que consiste y en que año

Fue quizá el primero en proponer el uso de ciclos cerrados en refrigeración; su idea la sugirió en un tratado aparecido en Filadelfia en 1805, en la que describe un ciclo de refrigeración por compresión y evaporación de éter etílico.

20-Explicar el cálculo de la cantidad de calor

La cantidad de calor que debe agregarse o retirarse de una masa dada de materia, esta en función de la masa y de su diferencia de temperatura.

Qs= Mc (t2+t1)  c= calor especifico

21-Explicar relación, presión, temperatura, y volumen de los gases

Al aplicar las leyes fundamentales de los gases, es necesario usar siempre presiones absolutas y temperaturas absolutas. La relación entre presión, temperatura y volumen de un gas, se entiende cuando se considera por una serie de procesos en los cuales el gas pasa de una cierta condición inicial a una final, de tal forma que solo dos de estas propiedades varían durante un proceso, mientras que la tercera propiedad permanece constante.

22-Explica los procesos para gases ideales y su formula

Se dice que un gas sufre un proceso cuando para de un determinado estado o condición inicial a otra condición final, estos procesos pueden ser  a presión constante, volumen constante, temperatura constante, a calor constante y poli trópicos. El gas absorbido por un gas ideal, aumentará la energía cinética interna o bien abandonara el gas como trabajo externo, o se presentaran ambos fenómenos. Puesto que el cambio de la energía potencial interna siempre será cero, la ecuación general de la energía para un gas es: ΔQ=ΔK + ΔW

23-Experimento de William Cullen en 1755

En 1755, ocupando la cátedra de Química, publicó en Edimburgo un trabajo científico titulado Essay on Cold Produced by Evaporating Fluids, en el que escribíó:

En un experimento hecho con éter nitroso, cuando el calor del aire estaba alrededor de los 43°F, colocamos la vasija que conténía éter dentro de otra, un poco mayor, que conténía agua. Después de hacer vacío y que las vasijas hubieran permanecido unos minutos en el mismo, encontramos la mayor parte del agua congelada y que la vasija que conténía éter estaba rodeada de una gruesa y firme capa de hielo.

24-Que es la temperatura de fusión

Una vez alcanzada la temperatura de fusión, las moléculas del sólido se mueven tan rápidamente como es posible dentro de la estructura molecular rígida del estado sólido. No es posible aumentar más el movimiento de las moléculas o la temperatura del cuerpo, sin vencer antes, parcialmente las fuerzas de atracción mutuas que existen entre las moléculas.

25-Describe el proceso poli trópico, diagrama y formula

Cualquier proceso de expansión en el cual la energía que deba efectuar el trabajo de expansión este suministrada parcialmente de una fuente externa y parcialmente del propio gas, seguirá una trayectoria que se encontrará en alguna regíón intermedia entre correspondientes a los procesos isotérmicos y adiabáticos. Este proceso se conoce como proceso poli-trópico.

Cuando un gas pierde calor durante un proceso de compresión, pero no con la rapidez suficiente para mantener su temperatura, la compresión es poli-trópica. Mientras mayor sea la perdida de calor, mas se aproximará el proceso poli-trópico al isotérmico y mientras menos sea la perdida de calor, mas se aproximará el proceso poli-trópico al adiabático. Naturalmente si no hay pérdida de calor, el proceso es adiabático.

Isotérmica: N=1

Poli trópica: 1

Adiabática: N=K

26-Describe el sistema de compresión de vapor según la patente de Perkins

En la descripción para la obtención de la patente, Perkins hablaba de su máquina como: un aparato o medios mediante los cuales estoy capacitado de usar fluidos volátiles con el objeto de producir el enfriamiento o la congelación de líquidos y, al mismo tiempo, condensar constantemente dicho fluido volátil para usarlo una y otra vez, sin desperdicio.

27-Explica el efecto de calor sobre el volumen

Cuando se aumenta ya sea la velocidad de las moléculas o el grado de separación molecular por la adición de calor, la distancia media de las moléculas aumenta, y el material se dilata de manera que una unidad de material, ocupa un volumen mayor que el volumen original.

28-Explicar contenido de calor o entalpía del aire y su formula

En aire contiene tanto calor sensible como latente y el contenido total de calor del aire es una condición dada es la suma de los calores sensibles y latentes que contiene.

El calor latente del aire es una función de la temperatura del bulbo húmedo. Para cualquier temperatura dada de bulbo seco, el calor sensible de aire se toma como la entalpía del aire seco a esta temperatura.

La cantidad de calor sensible que se agrega o retira al calentar o enfriar un peso dado de aire recorriendo una gama de temperatura dada puede calcularse por:

Qs = M . C ( T2 – T 1)


29-Explicar proceso isocorico, diagrama y formula

Siempre que la temperatura de un gas aumenta permaneciendo constante el volumen del gas, la magnitud de la presión, la fuerza y frecuencia de impactos moleculares sobre las paredes del cilindro que contenga al gas aumentará. Ley de Charles; cuando se calienta o enfría un gas bajo condiciones tales que permanezca invariable o constante el volumen, la presión varia directamente con la temperatura.

PIT’= P’TI

30-Explicar la ecuación general de la energía

La ley de la conservación de la energía indica que la energía transferida a un cuerpo debe conservarse totalmente. Toda la energía transferida a un cuerpo debe conservarse o manifestarse.

ΔQ= ΔK + ΔP + ΔW

ΔQ= Energía calorífica transferida al material

ΔK= La fracción de la energía transferida que aumenta la energía cinética interna


ΔP= La fracción de la energía que aumenta la energía potencial interna


ΔW= La fracción de la energía transferida que se utiliza para efectuar un trabajo externo


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