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1. Termotecnia – Ingeniería Pesquera Conceptos Generales y Fundamentos de la Termodinámica UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA Semana 1: Comenzamos nuestro viaje por los principios fundamentales que rigen la transformación de energía y sus aplicaciones en la industria pesquera. Mgtr . MIGUEL HUMBERTO APON TRELLES CIP:249500

2. Conceptos Fundamentales de Termodinámica La termodinámica es una ciencia fundamental que estudia las transformaciones de energía y los procesos térmicos que afectan nuestro entorno. Esta disciplina nos permite entender y analizar fenómenos que impactan directamente en los desafíos actuales como la escasez de recursos, el calentamiento global y la contaminación ambiental. A lo largo de esta presentación, exploraremos los conceptos básicos de la termodinámica, sus aplicaciones y cómo esta ciencia nos ayuda a comprender mejor el mundo que nos rodea.

3. Competencias a Desarrollar Definición y Aplicaciones Entender la definición de termodinámica y sus diferentes aplicaciones en el mundo real. Sistemas Termodinámicos Identificar los sistemas termodinámicos como objetos de estudio y sus características. Propiedades Termodinámicas Entender el concepto de propiedad termodinámica y su importancia en la definición del estado termodinámico de un sistema. Escalas y Mediciones Identificar las diferentes escalas de temperatura y entender los conceptos de presión absoluta, presión atmosférica y presión manométrica. Estas competencias nos permitirán desarrollar una base sólida para el análisis y comprensión de los fenómenos termodinámicos.

4. ¿Qué Descubriremos? Los diferentes tipos de procesos que experimentan los sistemas termodinámicos en la naturaleza y en aplicaciones tecnológicas. El concepto de equilibrio termodinámico y su importancia para simplificar el análisis de fenómenos reales. Cómo los procesos están compuestos de una serie de estados de equilibrio y a su vez los ciclos están compuestos por procesos termodinámicos. Estos conceptos son fundamentales para entender cómo funcionan los sistemas energéticos que utilizamos diariamente. Termodinámica : Rama de la física que estudia las relaciones entre el calor, el trabajo, la energía y la materia , analizando los procesos de transformación de energía. Termotecnia : Aplicación de la termodinámica en ingeniería , orientada al aprovechamiento de la energía térmica en equipos, máquinas e instalaciones (motores, calderas, refrigeración, turbinas, etc.). En resumen: la termodinámica formula los principios, y la termotecnia los aplica en la práctica.

5. Definición de Termodinámica La palabra termodinámica se deriva del griego thermos (calor) y dínamis (capacidad, fuerza y potencia). La termodinámica clásica es una rama de la física que se encarga del estudio de sistemas macroscópicos para los cuales los efectos térmicos son importantes. En ella se estudian las leyes que detalladamente explican las transformaciones de energía, la dirección de los procesos de transferencia de calor, la entropía y la disponibilidad (exergía) de la energía para hacer trabajo. Por otra parte, la termodinámica estadística relaciona las propiedades de moléculas individuales con las de un gran conjunto de ellas, enfocándose en valores promedio de cantidades relevantes.

6. Historia de la Termodinámica La termodinámica moderna emergió durante la Revolución Industrial, cuando la optimización de máquinas térmicas se convirtió en una necesidad económica y científica.

7. Pioneros de la Termodinámica 1 1824 - Sadi Carnot Publicó "Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego", estableciendo los fundamentos teóricos para la eficiencia de las máquinas térmicas. Introdujo el concepto del ciclo ideal que lleva su nombre. 2 1850s - Rudolf Clausius y William Thomson (Lord Kelvin) Formularon las leyes fundamentales de la termodinámica. Clausius introdujo el concepto de entropía, mientras que Kelvin estableció la escala absoluta de temperatura. 3 1870s - James Clerk Maxwell y Ludwig Boltzmann Desarrollaron la teoría cinética de los gases, proporcionando la base microscópica de la termodinámica y estableciendo la mecánica estadística como disciplina. 4 Siglo XX - Aplicaciones modernas Expansión hacia numerosos campos, incluyendo la industria pesquera donde los principios termodinámicos rigen procesos de conservación y transformación.

8. Desafíos Actuales y la Termodinámica Los desafíos que hoy día experimenta la población mundial tienen relación directa con la termodinámica: Recursos Limitados Falta de alimentos, escasez de espacios para vivir y falta de agua potable. Contaminación Contaminación de mantos acuíferos y contaminación ambiental en grandes metrópolis. Energía Elevados precios de combustibles fósiles y necesidad de fuentes alternativas. Cambio Climático Calentamiento global de la Tierra y sus efectos en ecosistemas. La termodinámica establece leyes que nos permiten entender mejor estos procesos que modifican el entorno humano.

9. Aplicaciones de la Termodinámica Entre las aplicaciones de la física que pueden ser analizadas por la termodinámica destacan: plantas de generación de potencia eléctrica, sistemas de calefacción y refrigeración, celdas de combustible, aerogeneradores, centrales maremotrices, turbinas, procesos de combustión, automóviles y transformaciones de energía en sistemas biológicos.

10. Áreas de aplicación de la termodinámica En la naturaleza, todas las actividades tienen que ver con cierta interacción entre la energía y la materia; por consiguiente, es difícil imaginar un área que no se relacione de alguna manera con la termodinámica. Por lo tanto, desarrollar una buena comprensión de los principios básicos de esta ciencia ha sido durante mucho tiempo parte esencial de la educación en ingeniería. Comúnmente la termodinámica se encuentra en muchos sistemas de ingeniería y otros aspectos de la vida y no es necesario ir muy lejos para comprobar esto. De hecho, no se necesita ir a ningún lado. Por ejemplo, el corazón bombea sangre en forma constante a todo nuestro cuerpo, diferentes conversiones de energía ocurren en billones de células y el calor corporal generado se emite en forma constante hacia el ambiente. El confort humano tiene estrecha relación con la tasa de esta emisión de calor metabólico. Se intenta controlar esta transferencia de calor ajustando la ropa a las condiciones ambientales. FIGURA Algunas áreas de aplicación de la termodinámica.

11. Aplicaciones en Ingeniería Pesquera La termodinámica es el fundamento científico de numerosos procesos esenciales en la industria pesquera: Sistemas de refrigeración y congelación para preservación Procesos térmicos de esterilización en autoclaves Tecnologías de secado para productos derivados Optimización energética en plantas de procesamiento Diseño de intercambiadores de calor para recuperación energética

12. Refrigeración y Congelación de Productos Pesqueros Cadena de Frío Aplicación de la primera ley de la termodinámica para extraer calor del pescado recién capturado y mantenerlo a temperaturas de conservación adecuadas. Ciclos Frigoríficos Transformación de energía en sistemas de refrigeración por compresión de vapor, utilizando refrigerantes como el amoníaco o los hidrofluorocarbonos. Congelación Ultrarrápida Optimización de transferencia de calor en túneles de congelación IQF (Individual Quick Freezing) para preservar la calidad del producto.

13. Procesos Térmicos en la Industria Pesquera Esterilización y Enlatado Las autoclaves industriales aplican principios termodinámicos para la esterilización de conservas de pescado: Elevación de temperatura bajo presión (hasta 121°C) Control de tiempo-temperatura para garantizar la destrucción microbiana Aplicación de vapor saturado como medio de transferencia de calor Cálculo preciso del valor F (letalidad microbiana)

14. Secado y Deshidratación Materia Prima Producto pesquero con alto contenido de humedad inicial (70-80%) Transferencia de Calor Aplicación de energía térmica para elevar la presión de vapor del agua Transferencia de Masa Evaporación y difusión del agua desde el interior del producto Producto Final Pescado deshidratado con humedad reducida (10-15%) y mayor estabilidad El proceso de secado aplica principios termodinámicos de equilibrio entre fases, donde la energía aportada facilita el cambio de fase del agua contenida en el producto.

15. Sistemas Termodinámicos Un sistema termodinámico es una cantidad fija de materia o región en el espacio que se escoge para estudio. La región fuera del sistema se denomina alrededores , y el límite que los separa se conoce como frontera o superficie de control . Cada frontera del sistema puede ser fija o móvil y adaptarse a la geometría física del dispositivo estudiado. Sistema Cerrado Intercambia únicamente energía con los alrededores en forma de calor o trabajo, pero no masa. Sistema Abierto (Volumen de Control) Capaz de intercambiar tanto masa como energía con los alrededores. Sistema Aislado No interactúa de ninguna manera con los alrededores, ni intercambia masa ni energía. Ejemplo pesquero: Un bloque de pescado congelado en un empaque sellado. Ejemplo pesquero: Un túnel de congelación con entrada y salida de producto. Ejemplo pesquero: Un contenedor ideal perfectamente aislado (aproximación teórica).

16. Enfoques de Análisis Termodinámico Enfoque Macroscópico Se ocupa solo de los efectos "promedio" del comportamiento de muchas moléculas No considera los efectos individuales de cada molécula Es el enfoque principal de la termodinámica clásica Permite simplificar el análisis de dispositivos térmicos Enfoque Microscópico Toma en consideración los efectos de todas y cada una de las moléculas Analiza el comportamiento individual de las partículas Es la base de la termodinámica estadística Permite un análisis más detallado pero más complejo

17. Sistemas Simples en Termodinámica Debido a la naturaleza macroscópica de la termodinámica clásica, durante el análisis de dispositivos térmicos se pueden realizar simplificaciones: Efectos Eléctricos Se desprecian los efectos eléctricos para simplificar el análisis de sistemas termodinámicos. Efectos Magnéticos Los campos magnéticos no se consideran en el análisis termodinámico clásico. Tensión Superficial Los efectos de tensión superficial generalmente se omiten en los cálculos. Efectos Gravitacionales Si los dispositivos son estáticos, se pueden despreciar los efectos gravitacionales. Un sistema simple es aquel que no se ve afectado por los fenómenos mencionados anteriormente.

18. Ejemplos Cotidianos de Sistemas Termodinámicos El Tamal como Sistema Cerrado Durante su etapa de cocción, el tamal constituye un sistema termodinámico cerrado: La frontera del sistema es la hoja que lo envuelve Los ingredientes (masa, salsa, carne, etc.) constituyen el sistema Solo hay intercambio de energía entre el sistema y sus alrededores No hay intercambio de masa durante la cocción El Refresco como Sistema Cerrado Una lata de refresco cerrada en el refrigerador: La lata actúa como frontera del sistema El líquido dentro de la lata constituye el sistema No hay intercambio de masa entre el sistema y los alrededores Solo hay intercambio de energía (enfriamiento)