Conceptos importantes para la refrigeración

Calor

El sol suele dar una sensación de calor.

Esquema de la transferencia de calor por conducción.

El calor se define como la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico(ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).

La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

  

 El calor puede ser transmitido de tres formas distintas: por conducción, por convección o por radiación.

·        Conducción térmica: es el proceso que se produce por contacto térmico entre dos ó más cuerpos, debido al contacto directo entre las partículas individuales de los cuerpos que están a diferentes temperaturas, lo que produce que las partículas lleguen al equilibrio térmico. Ej.: cuchara metálica en la taza de té.

·        Convección térmica: sólo se produce en fluidos (líquidos o gases), ya que implica movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura, a regiones que están a otra temperatura. El transporte de calor está inseparablemente ligado al movimiento del propio medio. Ej.: los calefactores dentro de la casa.

·        Radiación térmica: es el proceso por el cual se transmite a través de ondas electromagnéticas. Implica doble transformación de la energía para llegar al cuerpo al que se va a propagar: primero de energía térmica a radiante y luego viceversa. Ej.: La energía solar.

La conducción pura se presenta sólo en materiales sólidos. La convección siempre está acompañada de la conducción, debido al contacto directo entre partículas de distinta temperatura en un líquido o gas en movimiento. En el caso de la conducción, la temperatura de calentamiento depende del tipo de material, de la sección del cuerpo y del largo del cuerpo. Esto explica por qué algunos cuerpos se calientan más rápido que otros a pesar de tener exactamente la misma forma, y que se les entregue la misma cantidad de calor.

La temperatura

Es una magnitud referida a las nociones comunes de calor medible mediante un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.

En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).

El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.

Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.

La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor «cero kelvin» (0 K) al «cero absoluto», y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius, llamada «centígrada»; y, en mucha menor medida, y prácticamente solo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankin (R.) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y solo en algunos campos de la ingeniería.

La temperatura de un gas ideal monoatómico es una medida relacionada con la energía cinética promedio de sus moléculas al moverse. En esta animación, se muestra a escala la relación entre el tamaño de los átomos de helio respecto a su espaciado bajo una presión de 1950 atmósferas. Estos átomos, a temperatura ambiente, muestran una velocidad media que en esta animación se ha reducido dos billones de veces. De todas maneras, en un instante determinado, un átomo particular de helio puede moverse mucho más rápido que esa velocidad media mientras que otro puede permanecer prácticamente inmóvil.

 La presión

 (símbolo p) es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton (N) actuando uniformemente en un metro cuadrado (m²). En el Sistema Inglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.

Hot

The sun usually gives a warm feeling.

Scheme heat transfer by conduction.

The heat is defined as thermal energy transfer that occurs between different bodies and different parts of the same body that are at different temperatures, however in thermodynamics the term generally means transferring heat energy. This energy flow always occurs from the body of higher temperature to the lower body temperature, occurring transfer until both bodies (eg a cold drink left in a room warms) are in thermal equilibrium.

The heat or thermal energy can be transferred to different transfer mechanisms, these are radiation, conduction and convection, although in most real processes all present in varying degrees. It should be noted that the bodies do not have heat, but thermal energy. Energy exists in several forms. Here we focus on the heat, which is the process by which energy can be transferred from one system to another as a result of the temperature difference.

  

 Heat can be transmitted in three ways: by conduction, convection or radiation.

Thermal conduction is the process that occurs by thermal contact between two or more bodies, due to direct contact between individual particles of bodies that are at different temperatures, producing the particles reach thermal equilibrium. Ex .: metal spoon in the cup of tea.

Thermal Convection occurs only in fluids (liquids or gases) as it involves movement of fluid volumes of regions which are at a temperature at regions that are at another temperature. The heat transport is inextricably linked to the movement of the medium itself. Ex .: heaters indoors.

Thermal radiation is the process by which it is transmitted through electromagnetic waves. It implies double transformation of energy to reach the body that is going to spread, first to radiant heat energy and then vice versa. Ex .: The solar power.

Pure driving occurs only in solid materials. Convection is always accompanied by conduction due to direct contact between particles of different temperature in a moving liquid or gas. For driving, the heating temperature depends on the type of material, the body section and along the body. This explains why some bodies heat up faster than others despite having exactly the same way, and that they deliver the same amount of heat.

Temperature 

Is a magnitude relating to common notions of measurable heat using a thermometer. In physics it is defined as a scalar related to the internal energy of a thermodynamic system defined by the zeroth law of thermodynamics. More specifically, it relates directly to the part of the internal energy known as "kinetic energy" which is the energy associated with the movement of particles in the system, whether in a translational, rotational direction, or in the form of vibrations. As it exceeds the kinetic energy of a system, you notice that it is more "hot"; ie, its temperature is increased.

In the case of a solid, the movements in question are being vibration of the particles in their sites within the solid. In the case of an ideal monatomic gas is the translational motion of the particles (for gases multiatómicos the rotational and vibrational movements should be taken into account too).

The development of techniques for measuring the temperature has gone through a long historical process, since it is necessary to give a numerical value to an intuitive idea how cold or hot.

Physicochemical properties of many materials or substances vary according to the temperature at which they are, such as its state (solid, liquid, gas, plasma) volume, solubility, vapor pressure, color or electrical conductivity. It also is one of the factors influencing the rate at which chemical reactions take place.

The temperature is measured with thermometers, which can be calibrated according to a multitude of scales that result in units of temperature measurement. In the International System of Units, the temperature unit is Kelvin (K), and the corresponding scale is the absolute scale or Kelvin scale, which associates the value "Zero Kelvin" (0 K) to "absolute zero", and graduates with a size equal to the degree Celsius degree. However, outside the scientific sphere the use of other temperature ranges is common. The most widespread scale is the Celsius scale, named "Celsius"; and to a much lesser extent, practically only in the United States, the Fahrenheit scale. Is also sometimes used the Rankin scale (R.) setting its reference point at the same point of the Kelvin scale, absolute zero, but with a size equal to the degree Fahrenheit, and is used only in the United States , and only in some engineering fields.

The temperature of a monatomic ideal gas is a measure related to the average kinetic energy of its molecules to move. In this animation, it is shown to scale the relationship between the size of helium atoms relative to their spacing at a pressure of 1950 atmospheres. These atoms, at room temperature, show an average speed in this animation is reduced two billion times. However, at a given moment, a particular helium atom can move much faster than the average speed while another can remain almost motionless.

The pressure
(symbol p) is a physical quantity that measures the projection of the perpendicular force per unit area, and serves to characterize how a given resultant force on a line applies. In the International System of Units the pressure is measured in a derived unit called Pascal (Pa) which is equivalent to a total force of one newton (N) acting uniformly in a square meter (sqm). In the English system pressure is measured in pounds per square inch (pound per square inch or psi) which is equivalent to a total force acting on a pound a square inch.