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Las cajas DI son muy utilizadas, porque la mayoría de mezcladores sólo poseen entradas para líneas equilibradas.Pero no es su única aplicación. Se usan desde el ámbito doméstico al más profesional. Existen dos tipos de cajas DI: las pasivas y las activas. Caja DI pasiva: no requiere ninguna alimentación. Sus principales ventajas es que son baratas y simples. Caja DI activa: requieren alimentación, porque además de la transformación permiten modificar la señal electrónicamente, introducir atenuación, filtros paso alto o paso bajo... etc. Véase también Línea de audio Línea balanceada de audio Línea no balanceada de audio Nivel de linea Caja ELF ELF es Extended Low Frecuency.
Es una caja acústica para altavoces, la cual es sellada, pequeña y de gran volumen.Es esta característica del volumen en la caja la que le da su característica, ya que el aire que esta en el interior de la caja reduce la elasticidad con la cual se propaga el sonido, por lo tanto logra que haya una suspensión más rígida. Con esto se logra disminuir la frecuencia a la cual opera el altavoz en la caja (Fb) y por lo tanto disminuye la respuesta en frecuencia de muy altas a bajas. Una desventaja es que al reducir el nivel de presión sonora (SPL) en -12dB/oct (esto es una corrección muy fuerte) limita la potencia que se le suministre al altavoz y por lo tanto disminuye el movimiento en la membrana del altavoz.
Es utilizada mucho en la actualidad en subwoofer en home cinema.Caja infinita Caja infinita Son el tipo de cajas acústicas más comúnmente utilizadas. Es una caja dónde el altavoz tiene su parte posterior dentro de una caja hermética. De esta forma la onda trasera en contrafase con la delantera queda silenciada para evitar el cortocircuito acústico, a la vez que amortigua el altavoz de graves para evitar daños. Se llaman cajas infinitas, pues son una aproximación a un altavoz montado en un panel de dimensiones infinitas, dónde la onda trasera nunca podría llegar a la delantera.
Contenido 1 Construcción 2 Paneles absorbentes 3 Radiadores pasivos 4 Ángulos rectos 5 Desplazamiento de la membrana 6 Sobremodulación de las vías 7 Filtrado de los graves Construcción Estas cajas deben estar construidas de forma robusta, de lo contrario los materiales pueden vibrar facilmente por la elevada presión que se produce en el interior, produciendo distorsión.De esta manera se producira un sonido lo mas fiel posible, y otro dato para tener en cuanta es la calidad del parlante a elegir si es que lo van a construir uds., no escatimen en calidad/precio para lograr una claridad en el sonido.
ESS SLU Paneles absorbentes Para absorber la mayor cantidad de sonido de la onda posterior del altavoz, se suelen utilizar fibras absorbentes en el interior de la caja, como fibra de vidrio, aunque las fecuencias muy bajas son difícilmente absorbibles.ESS SLU Radiador pasivo Radiadores pasivos Existen algunas cajas infinitas que aprovechan la energía del sonido en contrafase para mover un radiador pasivo, que es un altavoz sin el motor, sólo con la membrana. Este tipo de radiadores transmiten las ondas traseras en fase invertida por delante de la caja, es decir, cuando el altavoz se mueve hace adelante el radiador lo hace hacia atrás.
Aunque se pensaron para reforzar los graves en las frecuencias de resonancia, realmente no aportan ninguna ventaja sobre un reflector de graves y tienen dos desventajas importantes, el sonido producido por el radiador pasivo está en contrafase, lo que puede producir reducciones de rendimiento y distorsión y además el altavoz queda sin amortiguar, por lo que un transitorio podría dañarlo.Ángulos rectos Algunas teorías sobre la construcción de este tipo de cajas acústicas, dicen que deben evitarse las cajas con ángulos rectos, pues la onda trasera del altavoz refleja contra los paneles posteriores produciendo un cortocircuito acústico.
Los materiales absorbentes en el interior de las cajas no son capaces de absorber las frecuencias más bajas y por tanto empeora la reproducción de estas frecuencias.Hay muchos fabricantes de cajas acústicas que utilizan todo tipo de diseños para dispersar la onda trasera de los altavoces de graves en las cajas infinitas, un ejemplo son las construidas por la empresa nOrh afincada en Tailandia, que tienen forma de cono o pirámide. Desplazamiento de la membrana reflector de graves Un problema de este tipo de cajas es el elevado desplazamiento de la membrana del altavoz necesario para reproducir frecuencias graves.
La presión máxima de un altavoz montado en caja infinita, puede calcularse con la siguiente fórmula: donde: NPS = Nivel de presión sonora máxima en dB.r = Distancia a la que se obtiene el NPS. = Densidad del aire. c = Velocidad de propagación del sonido en el aire. R = Radio de la membrana del altavoz desde la base del cono. f = Frecuencia. = Longitud de onda (c/f). x = Desplazamiento máximo del cono del altavoz. Por mucho que dispersemos la onda trasera, el rendimiento a bajas frecuencias siempre será inferior al obtenido con un reflector de graves.
Sobremodulación de las vías En las cajas infinitas con varias vías la presión de la onda trasera del altavoz de graves puede modular los otros altavoces de la caja, produciendo distorsión, por lo que es recomendable que vayan instalados en subcajas que los aíslen de la principal.Filtrado de los graves Los equipos de audio modernos, la mayoría con tecnología DSP para la ecualización, producen un sonido potente y limpio, pero sin graves. El truco consiste en enviar una señal sin frecuencias por debajo de 60 a 80 Hz, o incluso más, esto evita el problema de la saturación del altavoz de graves y permite que una caja acústica con un altavoz de graves muy pequeño pueda sonar a gran volumen sin saturación.
Esto puede considerarse una alteración del sonido original y no es aceptable para disfrutar plenamente de las piezas musicales con toda su calidad original.Para reproducir graves profundos no es suficiente con utilizar unos filtros o un buen amplificador, un altavoz instalado en una caja infinita tiene limitaciones físicas para reproducir frecuencias graves. Por ejemplo, para reproducir 50 Hz con una presión sonora de 96dB en un altavoz de 12" montado en caja infinita, el desplazamiento necesario del cono sería de 4 mm, que es más de lo que puede desplazar la mayoría de altavoces de ese diámetro (esto puede calcularse con la fórmula de arriba).
Esto quiere decir que con una potencia de sólo 1 W, es posible llevar a la saturación un altavoz de 30 cm de diámetro, no importa si la potencia nominal del altavoz es de 400 W, por eso el filtrado de los graves se ha convertido en algo habitual.Independientemente de que el bobinado del motor pueda admitir elevadas corrientes sin dañar o saturar el elemento magnético del motor, el desplazamiento que se necesita para reproducir frecuencias bajas es tan elevado que se produciría la saturación (altísima distorsión), o incluso la rotura del motor de aplicar estas frecuencias con suficiente potencia. Una forma de experimentar esto es usando un generador de funciones de Onda sinusoidal y un pequeño amplificador, 10W es suficiente.
Al aplicar frecuencias por debajo de los 50Hz la membrana del altavoz empezará a oscilar de forma violenta, llegando incluso a producir daños en las suspensiones, por muy grande y potente que sea el altavoz.En altavoces con suspensiones muy duras no se aprecia tanto, el movimiento queda amortiguado y la energía se disipa en calor, pero la saturación y alta distorsión se producen igualmente, la frecuencia principal nunca se llega a reproducir (sólo armónicos) y de continuar mucho tiempo aplicando potencia se quemaría el bobinado con una potencia muy inferior a la nominal.
Para reproducir frecuencias bajas, un altavoz debe tener una suspensión blanda, de foam o goma, y un elevado peso de la membrana para obtener una frecuencia de resonancia más baja.Por tanto un altavoz de suspensión dura (medios-graves) no es representativo, porque no está diseñado para reproducir esas frecuencias. Calculatores de Merton College Los Calculatores de Merton College fueron un grupo de matemáticos que actuaron en el Merton College de la Universidad de Oxford. Trabajaron durante la primera mitad del siglo XIV, antes de la Peste Negra. Este grupo, compuesto por Thomas Bradwardine, William Heytesbury, Richard Swineshead y John Dumbleton, tiene como principal éxito la elaboración del Teorema de la velocidad media.
Usando un lenguaje cinemático y simplificado, este teorema establece que un cuerpo en movimiento uniformemente acelerado recorre, en un determinado intervalo de tiempo, el mismo espacio que sería recorrido por un cuerpo que se desplazara con velocidad constante e igual a la velocidad media del primero.Más tarde, este teorema compondría la base de la "ley de la caída de los cuerpos", de Galileo.
El físico e historiador científico Clifford Truesdell, escribió:[ 1] Las fuentes ahora publicadas nos demuestran, por encima de cualquier duda, que las principales propiedades cinemáticas de los movimientos uniformemente acelerados, aún atribuidas a Galileo por los textos de física, fueron descubiertas y probadas por académicos del Merton College (...) Los desarrollos científicos ocurridos en la Edad Media fueron ampliamente ignorados por los historiadores hasta el inicio del siglo XX.Prácticamente nada de la producción filosófica y científica de ese periodo dorado de la escolástica había sido traducido a las lenguas modernas, ya que los documentos solían estar escritos en un latín antiguo y con muchas abreviaturas que dificultaban su comprensión.
Además de eso, los prejuicios contra el periodo medieval no proporcionaban muchos estímulos a la investigación sobre la intelectualidad del mismo.Referencias 1. Truesdell, Clifford (1975). Ensayos de Historia de la Mecánica. Editorial Tecnos. . Véase también Ciencia medieval Escolasticismo Cálculo tensorial En matemática, un tensor es cierta clase de entidad algebraica de varias componentes, que generaliza los conceptos de escalar, vector y matriz de una manera que sea independiente de cualquier sistema de coordenadas elegido. Los tensores son de especial importancia en física. Los tensores pueden ser representados por una matriz de componentes en algunos casos.
Contenido 1 Trasfondo 2 La elección del enfoque 3 Ejemplos 4 Los enfoques, detalladamente 5 Densidades tensoriales 6 Covarianza y Contravarianza 7 Véase también 8 Enlaces externos Trasfondo La palabra la introdujo William Rowan Hamilton en 1846, pero la usó para lo que actualmente se conoce como módulo.La palabra se usó en su acepción actual por Waldemar Voigt en 1899. La palabra tensor viene del latin tensus, participio pasado de tendere 'estirar, extender'. El nombre se extendió porque la teoría de la elasticidad fue una de las primeras aplicaciones físicas donde se usaron tensores.
La notación fue desarrollada alrededor de 1890 por Gregorio Ricci-Curbastro bajo el título de geometría diferencial absoluta, y lo hizo accesible a muchos matemáticos con la publicación del texto clásico de Tullio Levi-Civita el cálculo diferencial absoluto en 1900 (en italiano; con posteriores traducciones).La aceptación más amplia del cálculo tensorial se alcanzó con la introducción de la teoría de la relatividad general por parte de Einstein alrededor de 1915. La relatividad general se formula totalmente en el lenguaje de los tensores, que Einstein había aprendido del mismo Levi-Civita con gran dificultad. Pero los tensores se utilizan también dentro de otros campos por ejemplo la mecánica de medios continuos (véase tensor de tensiones o elasticidad lineal).
Nótese que la palabra "tensor" se utiliza a menudo como abreviatura de campo tensorial, que es un valor tensorial definido en cada punto en una variedad.Para entender los campos tensoriales, se necesita primero entender la idea básica de tensor. La elección del enfoque Hay dos maneras de acercarse a la definición de tensor: La manera usual de la física de definir los tensores, en términos de objetos cuyas componentes se transforman bajo cambios de coordenadas según ciertas reglas, introduciendo la idea de transformaciones covariantes o contravariantes. La manera usual de la matemática, que implica definir ciertos espacios vectoriales definidos a partir de un espacio vectorial dado, sin fijar cualesquiera conjuntos de coordenadas hasta que las bases se introduzcan por necesidad.
Los vectores covariantes de primer orden, por ejemplo, también se describen como uno-formas, o como los elementos del espacio dual.Ejemplos No todas las relaciones en la naturaleza son lineales, pero la mayoría es diferenciable y así se pueden aproximar localmente con sumas de funciones multilineales. Así la mayoría de las cantidades en las ciencias físicas se pueden expresar provechosamente como tensores. Como ejemplo simple, considere una nave en el agua. Deseamos describir su respuesta a una fuerza aplicada. La fuerza es un vector, y la nave responderá con una aceleración, que es también un vector. La aceleración en general no estará en la misma dirección que la fuerza, debido a la forma particular del cuerpo de la nave.
Sin embargo, resulta que la relación entre la fuerza y la aceleración es lineal.Tal relación es descrita por un tensor del tipo (1, 1) (es decir, que transforma un vector en otro vector). El tensor se puede representar como una matriz que cuando es multiplicada por un vector, dé lugar a otro vector. Así como los números que representan un vector cambiarán si uno cambia el conjunto de coordenadas, los números en la matriz que representa el tensor también cambiarán cuando se cambie el conjunto de coordenadas. En la ingeniería, las tensiones en el interior de un sólido rígido o líquido también son descritas por un tensor. Si un elemento superficial particular dentro del material se selecciona, el material en un lado de la superficie aplicará una fuerza en el otro lado.
En general, esta fuerza no será ortogonal a la superficie, sino que dependerá de la orientación de la superficie de una manera lineal.Esto es descrito por un tensor del tipo (2, 0), o más exactamente por un campo tensorial del tipo (2, 0) puesto que las tensiones pueden cambiar punto a punto. Algunos ejemplos bien conocidos de tensores en geometría son las formas cuadráticas, y el tensor de curvatura. Los ejemplos de tensores físicos son tensor de energía-momento y el tensor de polarización. Las cantidades geométricas y físicas pueden ser categorizadas considerando los grados de libertad inherentes a su descripción. Las cantidades escalares son las que se pueden representar por un solo número --- rapidez, masa, temperatura, por ejemplo.
Hay también cantidades tipo vector, por ejemplo fuerza, que requieren una lista de números para su descripción.Finalmente, las cantidades tales como formas cuadráticas requieren naturalmente una matríz con índices múltiples para su representación. Estas últimas cantidades se pueden concebir solamente como tensores. Realmente, la noción tensorial es absolutamente general, y se aplica a todos los ejemplos antedichos; los escalares y los vectores son casos particulares de tensores. La propiedad que distingue un escalar de un vector, y distingue ambos de una cantidad tensorial más general es el número de índices en la matriz de la representación. Este número se llama rango de un tensor.
Así, los escalares son los tensores de rango cero (sin índices), y los vectores son los tensores de rango uno.Los enfoques, detalladamente Hay enfoques equivalentes para visualizar y trabajar con los tensores; que el contenido es realmente igual puede llegar a ser evidente solamente con una cierta familiaridad con el material. el enfoque clásico El enfoque clásico visualiza los tensores como matrices multidimensionales que son generalizaciones n-dimensionales de los escalares, vectores de 1 dimensión y matrices de 2 dimensiones. Los "componentes" tensoriales son los índices del arreglo. Esta idea puede ser generalizada aún más a los campos tensoriales, donde los elementos del tensor son funciones, o aún diferenciales.
La teoría del campo tensorial se puede ver, grosso modo, en este enfoque, como otra extensión de la idea del Jacobiano.el enfoque (libre de componentes) moderno: El enfoque moderno visualiza los tensores inicialmente como objetos abstractos, expresando un cierto tipo definido de concepto multi-lineal. Sus propiedades bien conocidas se pueden derivar de sus definiciones, como funciones lineales o aún más generales; y las reglas para las manipulaciones de tensores se presentan como extensión del álgebra lineal al álgebra multilineal.
Este tratamiento ha substituido en gran parte el tratamiento basado en componentes para el estudio avanzado, a la manera en que el tratamiento libre de componentes más moderno de vectores substituye el tratamiento basado en componentes tradicional aunque el tratamiento basado en componentes se haya utilizado para proporcionar una motivación elemental para el concepto de un vector.Se podría decir que el lema es 'tensores son elementos de un cierto espacio tensorial'. el tratamiento intermedio de tensores procura tender un puente sobre los dos extremos, y mostrar sus relaciones. En el fondo se expresa el mismo contenido de cómputo, de ambas maneras. Vea glosario de la teoría tensorial para un listado de términos técnicos.
Densidades tensoriales Es también posible que un campo tensorial tenga una "densidad".Un tensor con la densidad r se transforma como un tensor ordinario bajo transformaciones de coordenadas, excepto que también es multiplicado por el determinante del Jacobiano a la potencia r-ésima. Esto se explica mejor, quizás, con los fibrados vectoriales: donde el fibrado determinante del fibrado tangente es un fibrado de línea que se puede utilizar para torcer otros fibrados r veces. Covarianza y Contravarianza Para acercarnos al concepto de covarianza y contravarianza primero unas definiciones. Aceptemos inicialmente las siguientes definiciones.
Un tensor contravariante de segundo orden es aquel que se transforma según: (1) Un tensor covariante de segundo orden es aquel que se transforma según: (2) Por un momento, ignoremos la posición de los índices.Sea x k una base cualquiera del espacio y aplicamos una transformación de coordenadas que nos lleva a la nueva base . Supongamos que lo queremos hacer mediante una transformación ortogonal para simplificar el cálculo. Por tratarse de una transformación ortogonal la longitud no se ve afectada. Es decir, la cantidad es un invariante.
Debe existir una cierta relación entre la base antigua y la base nueva, que vendrá dada por una matriz de cambio 'O' que nos permite recuperar las coordenadas de la base antigua con respecto a las de la nueva base.Esto se elige así por convenio. Como se trata de una transformación ortogonal ( ), el cambio inverso es: Esto significa que el vector 'A' en la nueva base vendrá dado por: O lo que es lo mismo, o bien Una vez ha quedado claro como vamos a transformar nuestro vector pasemos a los tensores. Supongamos que tenemos un n-tensor (tensor de orden n) este objeto se transforma como el producto de n vectores.
Esto significa que existirá una relación del tipo: (3) Utilizando esta notación, las dos ecuaciones del principio quedan como sigue: Es decir, un n-tensor se comporta como el vector A pero de forma generalizada a n dimensiones, ahora la matriz de cambio es un producto de n matrices que nos dicen exactamente como se transforma nuestro n-tensor.Un ejemplo simple de n-tensor es justamente el producto de n vectores, ya que basándonos en lo que escribí antes para el vector A esto cumple exactamente lo que he descrito para el n-tensor.
El primero de los dos 2-tensores (A) se transforma como el segundo (C) pero usando la matriz traspuesta en vez de la matriz 'O' original (si no estuviéramos en coordenadas ortogonales, la matriz sería inversa en vez de traspuesta).Entonces nos topamos con un problema de notación al estar llamando igual a dos cosas diferentes. Para salvar este inconveniente a los tensores del tipo: los llamaremos tensores contravariantes porque se transforman con la matriz inversa y escribiremos los índices de sus componentes arriba a modo de superíndice. A los tensores que se transforman con la matriz transpuesta los llamaremos covariantes y los índices los escribiremos debajo. En el espacio euclídeo el tensor métrico gijes la matriz identidad.
Por lo tanto, se verifica trivialmente que gij = gji y por tanto tensores covariantes y contravariantes utilizan la misma matriz de transformación de modo que no es necesario hacer distinción alguna.
Véase también álgebra multilineal Notación de Einstein tensor métrico uno-forma producto tensorial derivada tensorial diferenciación absoluta curvatura geometría de Riemann fibrado tensor de Ricci flujo de Ricci Ley de subir o bajar índices (tensores) Campo tensorial Enlaces externos discusión de varios enfoques a los tensores en la enseñanza, y recomendaciones de libros de textos Calefactor Calefactor halógeno El calefactor o estufa en algunos países es un aparato, normalmente eléctrico, que proporciona a una estancia o recipiente un flujo rápido de aire caliente continuo mediante un radiador que genera una fuente de calor y un ventilador que calienta rápidamente el aire y lo transmite a toda la estancia.
Véase también: Convección Contenido 1 El calefactor eléctrico (efecto Joule) 1.1 Funcionamiento 1.2 Cómo se transfiere el calor generado en el conductor 1.3 Construcción El calefactor eléctrico (efecto Joule) Un calefactor eléctrico es un dispositivo que produce energía calórica a partir de la eléctrica.El tipo más difundido (que se ve en este informe) es el calefactor eléctrico "resistivo", donde la generación del calor se debe al Efecto Joule. Otros calefactores (y refrigeradores) eléctricos menos conocidos son los "termoeléctricos", que intercambian calor mediante un principio más sofisticado: el Efecto Peltier.
Sirve para obtener calor de una forma cómoda, rápida, limpia, compacta, económica y hasta elegante.Entre las aplicaciones más conocidas del efecto Joule se tienen los elementos de las estufas para calentar el ambiente, los filamentos de los secadores para el pelo, las resistencias de las planchas para la ropa, las hornallas de las cocinas, las resistencias de tostadores y hornos industriales, los calentadores en los hervidores de agua y fermentadores, los alambres para evitar el congelamiento en refrigeradores y el empañamiento en vidrios de las ventanas traseras de automóviles, los calefactores en peceras e invernaderos, y muchísimas aplicaciones más.
Funcionamiento Los calefactores resistivos generan calor proporcionalmente al cuadrado de la corriente eléctrica que fluye a través de ellos.Esta relación es conocida como Ley de Joule. Los materiales conductores (metales y aleaciones) no son "conductores perfectos", sino que tienen una resistividad eléctrica al paso de la corriente eléctrica. La resistividad es una desventaja cuando se requiere transportar energía eléctrica, pero es deseable cuando se busca generar calor. La explicación microscópica, pero "clásica", es que al haber un voltaje en los extremos de un hilo conductor hay un campo eléctrico en el interior del material.
Este campo acelera las cargas libres del material, hasta que éstas chocan (frenándose) con alguno de los iones fijos en la red cristalina que forman al conductor.En esos choques, las cargas ceden su energía cinética a los iones de la red, lo que corresponde a una disipación de calor desde el material al medio que le rodea. A mayor temperatura hay mayor agitación en los iones de la red. Esto hace que sea mayor el espacio donde se mueven y, entonces, mayor la frecuencia de los choques de las cargas con los iones. Por lo tanto, la resistividad en los conductores metálicos aumenta con la temperatura.
El valor de esta resistividad depende del tipo de átomos del metal, a sus enlaces, a la cantidad y tipo de impurezas, y a otros defectos como los debidos a deformación mecánica durante la fabricación y el conformado del conductor.Cómo se transfiere el calor generado en el conductor Para evitar que se funda el conductor, hay que transferir el calor generado por efecto Joule. Para mejorar esa transmisión térmica, en general los calefactores tienen mayor área o superficie de contacto con el medio que les rodea. Dependiendo de la aplicación, el calor se transfiere en una o más de las 3 formas posibles: (1) Por conducción (hervidores, planchas, desempañadores, etc.) (2) Por convección (secadores de pelo, calentadores de aire, etc.)
(3) Por radiación (tostadores, estufas de cuarzo, etc.)Construcción Si las pérdidas de calor al ambiente fueran menores que los vatios generados por efecto Joule, la temperatura seguirá aumentando y el conductor puede llegar a fundirse. Por lo tanto, en el diseño de calefactores (que trabajan entre unos 50 y 1150 °C aproximadamente) es importante calcular bien el equilibrio térmico en el filamento; que el control de temperatura funcione bien; y considerar materiales que no sean tan buenos conductores, que no se fundan ni oxiden ni fracturen a la temperatura y atmósfera de trabajo, y cuya resistividad cambie muy poco con la temperatura.
El conjunto de aleaciones para calefactores (Nichrome, Chromax, Constantan y Nickel-Cobre-Zinc) se denominan "materiales resistivos".Calentador de agua Caldera doméstica o calefón Se denomina calentador de agua, calefón,[1] caldera o boiler[2] es un dispositivo termodinámico que utiliza energía para elevar la temperatura del agua. Entre los usos domésticos y comerciales del agua caliente están la limpieza, las duchas, para cocinar o la calefacción. A nivel industrial los usos son muy variados tanto para el agua caliente como para el vapor de agua. Entre los combustibles utilizados se encuentran en gas natural, gas propano (GLP), querosén, carbón y electricidad.
Alternativamente también se emplea la energía solar, bombas de calor (compresor) de refrigeradores o de acondicionadores de aire, calor reciclado de aguas residuales (no aguas negras) y hasta energía geotérmica.En el caso de las aguas calentadas con energías alternativas o recicladas, éstas usualmente se combinan con energías tradicionales. Los tipos de calentadores de agua más conocidos son: calentador de punto, calentador de paso (sin tanque), calentador de acumulación y las calderas (para recirculación).
El tipo de calentador y el tipo de combustible a seleccionar depende de muchos factores como la temperatura del agua que se desea alcanzar, disponibilidad local del combustible, costo de mantenimiento, costo del combustible, espacio físico utilizable, caudal instantáneo requerido, clima local, y costo del calentador.Contenido 1 Tipos de calentadores de agua 1.1 Calentadores de punto 1.2 Calentadores de paso 1.3 Calentadores de acumulación 1.4 Calderas 2 Costos 2.1 Combustibles 2.2 Aislamientos 2.3 Mantenimiento 3 Seguridad 4 Véase también 5 Referencias 6 Referencias 7 Enlaces externos Tipos de calentadores de agua Ducha de punto.
Calentadores de punto Estos calentadores son unidades muy pequeñas instaladas a poca distancia del lugar donde se requiere el agua caliente.Son alimentados con electricidad y se activan automáticamente por flujo o manualmente con un interruptor . Su uso se reduce a unas pocas aplicaciones comerciales o domésticas. Tienen un reducido consumo eléctrico van desde 1500 vatios a 5000 W. Solo tienen un uso práctico en países de clima templado, dada su baja capacidad de calentamiento. Podemos encontrar ejemplos de su uso instalados directamente a lavamanos o como las famosas duchas (regaderas) de punto, muy utilizadas en viviendas económicas en países de clima templado. Calentador de paso eléctrico.
Calentadores de paso También llamados calentadores instantáneos o calentadores de flujo son también de reducido tamaño en los modelos eléctricos y algo más grandes en los modelos de gas natural o GLP.Son unidades que están apagadas, sin consumir energía, un sensor de flujo se activa cuando detectan circulación de agua e inician su procedimiento de calentamiento. Los modelos eléctricos van desde los 8.000 W (1,91 kcalorías/s) hasta los 22.000 W (5,26 kcalorías/s). Los modelos de gas pueden alcanzar las 8 kcal/s como es el caso de un calentador de 18 L/min.
Los modelos eléctricos están equipados con resistencias calentadoras de inmersión y los de gas encienden una llama que calienta un intercambiador de calor por donde circula el agua.Los modelos más avanzados están equipados con controles electrónicos de temperatura y caudalímetros. De esta manera el usuario puede seleccionar la temperatura que desea en grados. El controlador electrónico mide el flujo de agua que está circulando, la temperatura de entrada, y gradúa la potencia que aplicarán la resistencias de calentamiento en el caso de los modelos eléctricos o el tamaño de la llama en los modelos a gas. Calentador de paso a gas.
Los modelos eléctricos pueden aplicar el 99% de la energía consumida al agua, mientras que los modelos a gas alcanzan entre un 80% y un 90% de eficiencia.En el caso de los de calentadores a gas la energía no utilizada se libera en forma de aire caliente y CO2. Los modelos eléctricos pueden ser instalados en lugares cerrados pues no requieren ventilación, en cambio los de gas deben ser instalados en lugares ventilados o de ser instalados en lugares cerrados deben dirigir los gases que expelen a través de un ducto de ventilación al exterior.
Estos calentadores tienen ventajas de ahorro de espacio, ahorro de energía y agua caliente ilimitada pero solo son prácticos en países de clima templado o caliente dada su baja capacidad de calentamiento a grandes flujos de agua, o si la temperatura inicial del agua es muy baja.Para seleccionar la potencia de un calentador de paso debemos conocer que cantidad de agua necesitamos calentar y a que temperatura deseamos elevarla. Un ejemplo práctico: deseamos alimentar dos duchas de manera simultánea y nuestra temperatura de entrada es de 18 ºC. Una ducha promedio puede consumir alrededor de 8 L/ min y una ducha confortable está alrededor de los 45 ºC.
Entonces necesitamos elevar 27º C a 16 L/min apliquemos la siguiente fórmula: Necesitamos 7200 calorias/s (unos 30 kW), un calentador de gas de 18 L debe cumplir con esta labor.Calentador de tanque eléctrico. Calentadores de acumulación Estos calentadores son los más económicos de explotación; poseen un tanque donde acumulan el agua y la calientan hasta alcanzar una temperatura seleccionada en su termostato. La capacidad de su depósito es muy variable y va desde los 15 litros hasta modelos de 1000 L. Utilizan como energía gas natural, gas propano (GLP), electricidad, carbón, luz solar, madera o kerosén.
Para la selección del tamaño se debe considerar la cantidad de agua caliente que se pueda requerir en determinado momento, la temperatura de entrada del agua y el espacio utilizable.Estos calentadores tienen la ventaja de suministrar agua caliente a temperatura constante por tantos litros como casi la totalidad de depósito. Además admite que se abran varios grifos a la vez sin que se vea afectada la temperatura del agua que surte lo que no ocurre en los calentadores instantáneos. Su desventaja está en el tamaño de su depósito si está mal elegido, pues si agotase agotar el agua caliente acumulada puede pasar un rato largo antes de que se recupere la temperatura, lo cual depende también de la energía utilizada.
Al momento de escoger un modelo de acumulador se debedebemos tener en cuenta el tipo y calidad de aislamiento térmico que posee.Si se selecciona un modelo económico puede pagarse ese ahorro después en la cuenta de electricidad o gas, ya que un aislamiento deficiente permite que se escape el calor del agua al ambiente, obligando al calentador a gastar más energía para volver a recuperar la temperatura. Calderas Caldera de gas. Las calderas son sin duda los sistemas más eficientes para calentar y proveer agua caliente, manteniendo una temperatura constante sin importar el uso. Un sistema de caldera bien equilibrado puede proveer agua caliente para calefacción y para uso directo simultáneamente.
Las calderas proveen vapor para usos comerciales e industriales de manera segura y eficiente.Existen varios tipos de calderas pero en su concepto básico son envases de metal (cobre, acero inoxidable o hierro colado) por donde circula el agua. Este envase es atravesado por barras calientes. El combustible para calentar estas barras puede ser gas, combustible fósil, madera, fisión nuclear o incluso resistencias calentadoras si es eléctrico. El agua circula, en algunos casos por medio de una bomba de agua a través de tuberías que recorren los lugares donde se requiera el agua caliente o vapor. El agua no utilizada regresa a la caldera para reiniciar el ciclo. Un sistema de nivel mide el faltante de agua y la agrega en caso de ser necesario.
Para las viviendas solo se justifica el uso de calderas en países de climas con 4 estaciones muy marcadas, donde el invierno requiera calefacción por varios meses al año.En cambio para determinados usos comerciales, por ejemplo en hostelería, son casi indispensables. Costos Combustibles El combustible es a la larga el mayor costo asociado al calentamiento de agua, más que el costo equipo y de su de instalación. El calentador de agua y su instalación lo pagamos una sola vez, mientras que con el combustible lo hacemos todos los meses. Siendo el gas natural el más económico, es la opción lógica en la mayoría de los países. Pero el gas natural no está siempre disponible, sobre todo en lugares apartados. La segunda opción es el gas propano o GLP.
Está de parte de nosotros hacer trabajos de investigación para saber que combustibles hay disponibles en la zona y cuales ofrecen mejores opciones de ahorro.Calentador solar. La energía solar se puede aplicar directamente al calentamiento del agua, existen equipos comerciales que contienen todos los accesorios necesarios para calentar el agua y acumularla para usos posteriores. Si bien este sistema no pueda cubrir todo el requerimiento de agua caliente, es una ayuda que nos permite ahorrar energía. Aunque probablemente en invierno, cuando más necesitemos agua caliente, haya una enorme nube sobre nuestra casa. El calor que expelen los compresores de aire acondicionado o los compresores de refrigeradoras también puede ser transferido al agua.
Que, de igual manera, aunque no cubra todas las necesidades contribuye al ahorro.Otro sistema empleado para calentar agua consiste en hacerla circular por intercambiadores de calor, los cuales cumplen la función de transmitir esta energía a la cañería de la red de agua corriente que ingresa al domicilio; utilizando el agua que se desecha de duchas, lavado de platos, lavadoras u otras máquinas o electrodomésticos que descarten agua caliente, sacando provecho de esta forma a tales calorías y utlilizándolas para elevar unos cuantos grados la temperatura del agua que está entrado desde la calle. De esta forma se facilita el trabajo del calentador.
Aislamientos Los aislamientos térmicos de buena calidad son costosos, pero se pagan con el ahorro de energía.Hay dos cosas en las que debemos cuidar el aislamiento: el calentador y las tuberías de agua caliente. Si se trata de un calentador de tanque o caldera el aislamiento evita que se pierda calor con el ambiente. A mayor pérdida de calor mayor será el consumo de combustible. De igual manera las tuberías de agua de caliente pierden calor con el ambiente, siendo las tuberías de cobre las que desperdician mayor cantidad de calorías. En el caso de las calderas el aislamiento de las tuberías es obligatorio. En referencia a los calentadores de paso, aunque estos no requieren aislamiento térmico, el aislar las tuberías si mejora el ahorro de energía.
En el caso de los calentadores de paso otra opción muy empleada es evitar un solo calentador grande para cubrir todos los usos y en cambio colocar varios calentadores de paso cerca de los puntos de uso.Así se elimina el desperdicio de energía en largos tramos de tubería haciendo más eficiente el consumo de agua caliente. Mantenimiento Descalcificador electrónico instalado en una tubería de cobre. El mantenimiento interno de un calentador esta asociado a la calidad de agua que estemos calentando. Aguas con altos contenidos de sales de calcio o magnesio (aguas duras) tienden a obstruir las tuberías de agua caliente con mayor regularidad que las de agua fría. El mantenimiento preventivo está asociado a descalcificadores o suavizadores de agua.
Recientemente aparecieron en el mercando unos suavizadores de agua electrónicos que aseguran evitar la acumulación de sales dentro de la tuberías y hasta logran limpiar la sales ya acumulados por efecto de la erosión.Los calentadores de tanque o calderas adicionalmente requieren el vaciado y limpieza de los tanques para extraer los sedimentos acumulados en su interior. La frecuencia de esta limpieza depende de la cantidad de sólidos que contenga el agua que calentamos. Los calentadores de tanque hechos de hierro galvanizado tienden a oxidarse y corroerse. Para evitar esto y alargar la vida de los taques algunos equipos tienen un ánodo de sacrificio de magnesio o aluminio. El estado de este ánodo debe revisarse como parte del mantenimiento anual.
Para el caso de los calentadores de gas, la limpieza y revisión del intercambiador de calor se recomienda una vez al año.Las impurezas del gas natural (aceite o petróleo) pueden obstruir el radiador. La revisión de los sistemas de seguridad por personal especializado debe estar incluido dentro del mantenimiento que se haga el equipo. Seguridad Válvula de alivio de presión. Aunque calentar agua lo vemos como un proceso normal y nada peligroso, en realidad si lo es. El agua al pasar los 100 ºC se convierte en vapor, al pasar del estado líquido al gaseoso se expande y requiere más espacio aumentando la presión del envase donde este contenida. Termostato de seguridad con reinicio manual.
Si un envase herméticamente cerrado que contenga agua lo calentamos hasta pasar los 100 ºC, este explotará.Aunque bajo condiciones normales es muy difícil que un calentador de agua explote, es un hecho que ha pasado antes. Para evitar esto, los calentadores tienen un sistema de control de temperatura y otro de seguridad. El sistema de control consiste en un termostato que apaga y enciende el calentador a determinadas temperaturas del agua. Los sistemas más avanzados tienen un sistema de control electrónico, en lugar del termostato, que regula la potencia aplicada al agua. El sistema de seguridad consiste en una válvula de alivio de presión y un segundo termostato en algunos casos.
La válvula de alivio libera la presión permitiendo que el agua o el vapor salgan del tanque si la presión interna aumenta de manera peligrosa.En los calentadores con un segundo termostato de seguridad este está graduado para que se dispare a una temperatura superior al termostato de control. De esta manera si el termostato de control falla entonces se disparará el termostato de seguridad para evitar que la temperatura se eleve por encima de los 100º C. Una vez que se dispara el termostato de seguridad el calentador no volverá a funcionar hasta que se le reinicie de manera manual, de esta manera nos veremos obligados a cambiar o reparar el termostato de control. Véase también Bomba de calor Máquina de vapor Caldera (máquina) Referencias Ahorro de energía en inmuebles [1].
U.S. DOE Energy Efficiency and Renewable Energy [2].Respuestas a pregunta de Termotronic calentador de paso [3]. Consejos Para Conservar Energía en Su Hogar [4]. Consejos de instalación de un calentador de paso a gas [5]. Reporte de Inspección de Consumo de Energía [6]. Referencias 1. Entrada de calefón en el DRAE 2. Entrada de boiler en el Diccionario Panhispánico de Dudas Enlaces externos Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre calderas y calentadores domésticos.Commons Calor El Sol. La energía de las estrellas procede de reacciones de fusión nuclear El calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia.
El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción).Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre. El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o menor grado.
El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino.Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía interna (energía térmica) de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferente temperatura.
El científico escocés Lord Ewan D.Mcgregor descubrió en 1905 la constante del calor específico en la ecuación de Q = m c (1cal/gºc) delta tº lo cual explica la utiliza con la escala Mcgregor descubierta en 1904 por su esposa Lady Emily Mcgregor ( 0ºC son 451ºm y 100 ºc son 4.51 ºm) Contenido 1 Historia 2 Transferencia del calor 2.1 Fluido calorífico 3 Unidades de medida 4 Calor Específico 4.1 Calor Específico Molar 4.2 Capacidad Calórica 5 Cambios de Fase 5.1 Calor Latente 6 Propagación del calor 7 Medida experimental del calor 8 Véase también Historia Montaje experimental para la determinación del equivalente mecánico del calor Hasta el siglo XIX se explicaba el efecto del calor en la variación de la temperatura de un cuerpo por medio de un fluido invisible llamado calórico.
Este se producía cuando algo se quemaba y, además, que podía pasar de un cuerpo a otro.La teoría del calórico afirmaba que una sustancia con mayor temperatura que otra, necesariamente, poseía mayor cantidad de calórico. Benjamin Thompson y James Prescott Joule establecieron que el trabajo podía convertirse en calor o en un incremento de la energía térmica determinando que, simplemente, era otra forma de la energía. El calor es una energía de nivel bajo puesto que el trabajo se puede transformar íntegramente en calor, pero no al contrario, (Segundo principio de la termodinámica). Transferencia del calor El calor se puede transmitir por el medio de tres formas distintas: Conducción térmica. Convección térmica. Radiación térmica.
Fluido calorífico El calor siempre se transfiere entre 2 cuerpos de diferentes temperaturas y el flujo de calor siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico, vale decir, a la misma temperatura.Unidades de medida Tradicionalmente, la cantidad de energía térmica intercambiada se mide en calorías, que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura de 14,5 a 15,5 grados celsius.
El múltiplo más utilizado es la kilocaloría (kcal): 1 kcal = 1000 cal De aquí se puede deducir el concepto calor específico de una sustancia, que se define como la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de dicha sustancia un grado celsio(o la escala del Andrés), o bien el concepto capacidad calorífica, análogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma).
Joule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas, impulsadas.por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua, estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por la agitación de las palas: 1 cal = 4,184 J El joule (J) es la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades, (S.I.).El BTU, (o unidad térmica británica) es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en muchos otros países de América.
Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit (o la escala del Gabriel), y equivale a 252 calorías.Calor Específico Artículo principal: Calor específico En la vida cotidiana se puede observar que, si se le entrega calor a dos cuerpos de la misma masa y la misma temperatura inicial, la temperatura final será distinta. Este factor que es característico de cada sistema, depende de la naturaleza del cuerpo, se llama calor específico, denotado por c y se define como la cantidad de calor que se le debe entregar a 1 gramo de sustancia para aumentar su temperatura en 1 grado Celsius.
Matemáticamente, la definición de calor específico se expresa como: Las unidades de calor específico son: [c] = [c] = De esta forma, y recordando la definición de caloría, se tiene que el calor específico del agua es aproximadamente: = 1,000 Calor Específico Molar El calor específico de una sustancia es un índice importante de su constitución molecular interna, y a menudo da información valiosa de los detalles de su ordenación molecular y de las fuerzas intermoleculares.
En este sentido, con frecuencia es muy útil hablar de calor específico molar denotado por cm, y definido como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un mol de una sustancia en 1 grado es decir, está definida por: donde n indica el la cantidad de moles en la sustancia presente.Capacidad Calórica La capacidad calórica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Se denota por C y se define como: C= Dado que: C = mc De igual forma se puede definir la capacidad calórica molar como: Cn = nc Cambios de Fase En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia : sólido, líquido y gaseoso.
Al aplicarle calor a una sustancia, ésta puede cambiar de un estado a otro.A estos procesos se les conoce como Cambios de Fase. Los posibles cambios de fase son: de estado sólido a líquido, llamado fusión, de estado líquido a sólido, llamado solidificación, de estado líquido a gaseoso, llamado evaporación o vaporización, de estado gaseoso a líquido, llamado condensación, de estado sólido a gaseoso, llamado sublimación progresiva, y de estado gaseoso a sólido, llamado sublimación regresiva.
Calor Latente Artículo principal: Calor latente Un cuerpo sólido puede estar en equilibrio térmico con un líquido o un gas a cualquier temperatura, o que un líquido y un gas pueden estar en equilibrio térmico entre sí, en una amplia gama de temperaturas, ya que se trata de sustancias diferentes.Pero lo que es menos evidente es que dos fases o estados de agregación, distintas de una misma sustancia, puedan estar en equilibrio térmico entre sí en circunstancias apropiadas. Un sistema que consiste en formas sólida y líquida de determinada sustancia, a una presión constante dada, puede estar en equilibrio térmico, pero únicamente a una temperatura llamada punto de fusión simbolizado a veces como tf.
A esta temperatura, se necesita cierta cantidad de calor para poder fundir cierta cantidad del material sólido, pero sin que haya un cambio significativo en su temperatura.A esta cantidad de energía se le llama calor de fusión, calor latente de fusión o entalpía de fusión, y varía según las diferentes sustancias. Se denota por Lf. El calor de fusión representa la energía necesaria para deshacer la fase sólida que está estrechamente unida y convertirla en líquido. Para convertir líquido en sólido se necesita la misma cantidad de energía, por ellos el calor de fusión representa la energía necesaria para cambiar del estado sólido a líquido, y también para pasar del estado líquido a sólido.
El calor de fusión se mide en: [L f ] = De manera similar, un líquido y un vapor de una misma sustancia pueden estar en equilibrio térmico a una temperatura llamada punto de ebullición simbolizado por te.El calor necesario para evaporar una sustancia en estado líquido ( o condensar una sustancia en estado de vapor ) se llama calor de ebullición o calor latente de ebullición o entalpía de ebullición, y se mide en las mismas unidades que el calor latente de fusión. Se denota por Le.
En la siguiente tabla se muestran algunos valores de los puntos de fusión y ebullición y entalpías de algunas sustancias: sustancias tf [°C] Lf [cal/g] te [°C] Le [cal/g] H20 0,00 79,71 539,60 O2 -219,00 3,30 -182,90 50,90 Hg -39,00 2,82 357,00 Cu 1083,00 42,00 2566,90 100,00 65,00 Propagación del calor El calor puede ser transmitido de distintas formas: por conducción, por convección o por radiación.La conducción es el proceso que se produce por contacto térmico entre dos 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.La convección sólo se produce en fluidos (liquídos 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. La 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. Observaciones: 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 porqué 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 conductividad térmica de un cuerpo está dado por: Donde: Q es el calor entregado, t es el intervalo de tiempo durante el cual se entrego calor, A es la sección del cuerpo, L es el largo, y T es el incremento en la temperatura.
Medida experimental del calor Para determinar, de manera directa, el calor que se pone de manifiesto en un proceso de laboratorio, se suele emplear un calorímetro.En esencia, se trata de un recipiente que contiene el líquido en el que se va a estudiar la variación de energía por transferencia de calor y cuyas paredes y tapa (supuestamente adiabáticas) deben aislarlo, al máximo, del exterior. Un termo de paredes dobles de vidrio, cuyas superficies han sido previamente metalizadas por deposición y que presenta un espacio vacío entre ellas es, en principio, un calorímetro aceptable para una medida aproximada de la transferencia de calor que se manifiesta en una transformación tan sencilla como esta.
El termo se llama vaso Dewar y lleva el nombre del físico y químico escocés James Dewar pionero en el estudio de las bajas temperaturas.En la tapa aislante suele haber un par de orificios para introducir un termómetro, con el que se evaluaría el incremento (o decremento) de la temperatura interior del líquido, y un agitador para tratar de alcanzar el equilibrio térmico en su interior, lo más rápido posible, usando un sencillo mecanismo de convección forzada. No sólo el líquido contenido en el calorímetro absorbe calor, también lo absorbe las paredes del calorímetro. Lo mismo sucede cuando pierde calor. Esta intervención del calorímetro en el proceso se representa por su equivalente en agua.
La presencia de esas paredes, no ideales, equivale a añadir al líquido que contiene, los gramos de agua que asignamos a la influencia del calorímetro y que llamamos "equivalente en agua".El "equivalente en agua" viene a ser "la cantidad de agua que absorbe o desprende el mismo calor que el calorímetro". Véase también Temperatura Termodinámica Conducción de calor Bolsa de agua caliente Teoría calórica Teoría cinética de los gases ideales (Continuación del estudio de Calor y temperatura). Introducción a la mecánica de fluidos Calórico Se llama calórico a un fluido hipotético que impregnaría la materia y sería el responsable de su calor.
Para Lavoisier (Tratado Elemental de Química, 1789) las moléculas de todos los cuerpos de la naturaleza están en un estado de equilibrio entre la atracción que tiende a aproximarlas y la acción del calórico que tiende a separarlas; según su mayor o menor cantidad de calórico los cuerpos son gases, líquidos o sólidos.El calórico se difunde entre los cuerpos, pasando de uno a otro por contacto. También a los seres vivos. Las quemaduras producidas por congelación se explicaban porque el calórico causa los mismos daños en la piel, no importa si en entra en el cuerpo o si sale de él. El calórico se haría visible en las llamas, formadas en su mayor parte por el calórico desprendiéndose de los cuerpos.
Las distintas sustancias presentan distintas solubilidades para el calórico, lo que explicaba la variación del calor específico entre las sustancias.La teoría del calórico fue ampliamente aceptada, e incluso explicaba los experimentos de Joule sobre la equivalencia entre calor y energía, diciendo que al frotar o taladrar un cuerpo se rompen vesículas microscópicas que contienen el calórico que así se libera produciendo el calor. Pero éste fue el comienzo de la pérdida de adeptos de una teoría que cada vez presentaba más problemas, como la masa nula del calórico.
Calorimetría diferencial de barrido Traducción al castellano del artículo en inglés publicado en Wikipedia (versión 20:10 16 October 2007) La Calorimetría de barrido diferencial (del inglés: Differential Scanning Calorimetry o DSC) es una técnica termoanalítica en la que la diferencia de calor entre una muestra y una referencia es medida como una función de la temperatura.La muestra y la referencia son mantenidas aproximadamente a la misma temperatura a través de un experimento. Generalmente, el programa de temperatura para un análisis DSC es diseñado de tal modo que la temperatura del portador de muestra aumenta linealmente como función del tiempo.
La muestra de referencia debería tener una capacidad calorífica bien definida en el intervalo de temperaturas en que vaya a tener lugar el barrido.El principio básico subyacente a esta técnica es que, cuando la muestra experimenta una transformación física tal como una transición de fase, se necesitará que fluya más (o menos) calor a la muestra que a la referencia para mantener ambas a la misma temperatura. El que fluya más o menos calor a la muestra depende de si el proceso es exotérmico o endotérmico. Por ejemplo, en tanto que una muestra sólida funde a líquida se requerirá que fluya más calor a la muestra para aumentar su temperatura a la misma velocidad que la de referencia.
Esto se debe a la absorción de calor de la muestra en tanto ésta experimenta la transición de fase endotérmica desde sólido a líquido.Por el contrario, cuando la muestra experimenta procesos exotérmicos (tales como una cristalización) se requiere menos calor para alcanzar la temperatura de la muestra. Determinando la diferencia de flujo calorífico entre la muestra y la referencia, los calorímetros DSC son capaces de medir la cantidad de calor absorbido o eliminado durante tales transiciones. La DSC puede ser utilizada también para determinar cambios de fase más sutiles tales como las transiciones vítreas.
La DSC es utilizada ampliamente en la Industria como instrumento de control de calidad debido a su aplicabilidad en valorar la pureza de las muestras y para estudiar el curado de los polímeros [1][2][3].Una técnica alternativa a la DSC es el análisis térmico diferencial (DTA). En esta técnica la magnitud constante no es la temperatura sino el flujo calorífico que se comunica a muestra y referencia. Cuando muestra y referencia son calentadas de modo idéntico, los cambios de fase y otros procesos térmicos producen una diferencia de temperatura entre muestra y referencia. Ambas DSC y DTA proporcionan, pues, información similar.
No obstante, la DSC es más utilizada que la DTA [1][2][3] Curvas DSC El resultado de un experimento DSC es una curva de flujo calorífico versus temperatura o versus tiempo.Existen dos convenciones diferentes al representar los efectos térmicos: las reacciones exotérmicas que exhibe la muestra pueden ser mostradas como picos positivos o negativos dependiendo del tipo de tecnología o de instrumentación utilizadas en la realización del experimento. Los efectos sobre o bajo una curva DSC pueden ser utilizados para calcular entalpías de transiciones. Este cálculo se realiza integrando el pico correspondiente a una transición dada.
Así, la entalpía de la transición puede ser expresada por la siguiente ecuación: H = KA donde H es la entalpía de la transición, K es la constante calorimétrica y A es el área bajo la curva.La constante calorimétrica variará de instrumento a instrumento, y puede ser determinada analizando una muestra bien caracterizada con entalpías de transición conocidas [2] Aplicaciones La calorimetría de barrido diferencial puede ser utilizada para medir varias propiedades características de una muestra. Usando esta técnica es posible caracterizar procesos como la fusión y la cristalización así como temperaturas de transiciones vítreas (Tg).
La DSC puede ser también utilizada para estudiar la oxidación, así como otras reacciones químicas [1][2][3] Las transiciones vítreas se presentan cuando se aumenta la temperatura de un sólido amorfo.Estas transiciones aparecen como una alteración (o peldaño) en la línea base de la señal DSC registrada. Esto es debido a que la muestra experimenta un cambio en la capacidad calorífica sin que tenga lugar un cambio de fase formal [1][3]. A medida que la temperatura aumenta, un sólido amorfo se hará menos viscoso. En algún momento las moléculas pueden obtener suficiente libertad de movimiento para disponerse por si mismas en una forma cristalina.
Esto es conocido como temperatura de cristalización (Tc).Esta transición de sólido amorfo a sólido cristalino es un proceso exotérmico y da lugar a un pico en la curva DSC. A medida que la temperatura aumenta, la muestra alcanza eventualmente su temperatura de fusión (Tm). El proceso de fusión resulta evidenciado por un pico endotérmico en la curva DSC. La capacidad para determinar temperaturas de transición y entalpías hace de las curvas DSC una herramienta valiosa para producir diagramas de fase para diversos sistemas químicos [1] La DSC puede también ser utilizada para el estudio de cristales líquidos.
En tanto pueden ser definidos como transiciones entre sólidos y líquidos, también pueden ser considerados como un tercer estado, que exhibe propiedades de ambas fases.Éste líquido anisotrópico es conocido como un líquido cristalino o un estado mesomorfo. Utilizando la DSC, es posible caracterizar los pequeños cambios energéticos que acompañan a las transiciones desde un sólido a un cristal líquido y desde un cristal líquido a un líquido isotrópico [2] La utilización de la calorimetría diferencial de barrido para estudiar la estabilidad a la oxidación de muestras requiere, generalmente, una cámara de muestra hermética.
Generalmente, tales ensayos se hacen isotérmicamente (a temperatura constante) cambiando la atmósfera de la muestra.Primeramente, la muestra es sometida a la temperatura de ensayo deseada bajo una atmósfera inerte, usualmente nitrógeno. Después, se adiciona oxígeno al sistema. Cualquier oxidación que tenga lugar es observada como desviación de la línea base. Tales análisis pueden ser utilizados para determinar la estabilidad y las condiciones de almacenamiento óptimo de un compuesto [1] La DSC es de utilización frecuente en las industrias farmacéuticas y de polímeros [4] [5] [6] [7].
Para químicos de polímeros, la DSC es una herramienta común para estudiar procesos de curado, que permite el ajuste fino de propiedades poliméricas.El entrecruzamiento (cross-linking) [8] de moléculas poliméricas que tiene lugar en el proceso de curado es exotérmico y da lugar a un pico positivo en la curva DSC que usualmente aparece sucesivamente a la transición vítrea [1][2][3]. En la industria farmacéutica es necesario disponer de fármacos y drogas bien caracterizados en orden a definir parámetros de procesado y a efectos de dosificación clínica.
Por ejemplo, si es necesario administrar un fármaco en forma amorfa, es deseable procesar el fármaco a temperatures por debajo de aquella a la que la cristalización pueda presentarse [2] En investigación en alimentaria [9], la DSC se utiliza conjuntamente con otras técnicas térmicas analíticas para determinar la dinámica del agua.Cambios en la distribución del agua pueden ser correlacionados con cambios en la textura. De modo similar a lo que sucede en ciencia de materiales, también puede ser analizado el efecto del curado sobre los productos preparados. El registro de las curvas DSC encuentra también aplicación en la valoración de la pureza de fármacos y polímeros.
Esto es posible debido a que el intervalo de temperaturas en que funde una mezcla de compuestos es dependiente de sus cantidades relativas.Este efecto es debido a un fenómeno conocido como depresión del punto de congelación, que se presenta cuando se adiciona a una solución un soluto extraño. (La disminución del punto de congelación del agua por adición de un anticongelante es la que, al evitar la formación de hielo, funcione el automóvil en invierno).
Consecuentemente, los compuestos menos puros exhibirán un ensanchamiento del pico de fusión que comienza a temperaturas más bajas que un compuesto puro [2][3] La calorimetría diferencial de barrido ha encontrado aplicaciones en el establecimiento de rutas metabólicas [10], en taxonomía bacteriana y fúngica [11] y en infectividad [12] En los últimos años esta tecnología ha sido involucrada en el estudio de materiales metálicos.La caracterización de este tipo de materiales con DSC no es todavía fácil debido a la escasez de bibliografía al respecto.
No obstante, es sabido que es posible utilizar DSC para encontrar temperaturas solidus y liquidus de una aleación metálica, pero las aplicaciones más prometedoras son, por ahora, en el estudio de precipitaciones, zonas Guiner Preston, transiciones de fase, movimiento de dislocaciones, crecimiento de grano, etc.Referencias 1. Dean, John A. The Analytical Chemistry Handbook. New York. McGraw Hill, Inc. 1995. pp. 15.1–15.5 2. Pungor, Erno. A Practical Guide to Instrumental Analysis. Boca Raton, Florida. 1995. pp. 181–191. 3. Skoog, Douglas A., F. James Holler and Timothy Nieman. Principles of Instrumental Analysis. Fifth Edition. New York. 1998. pp. 905–908. 4.
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Martín-Gil F.J., Leal J.A., Gómez-Miranda B., Martín-Gil J., Prieto A. y Ramos Sánchez M.C."Low temperatures thermal behaviour of chitins and chitin glucans". Thermochim. Acta, 1992, 211, 241-254. 8. Ramos-Sánchez M.C., Martín-Gil J., Barrio-Arredondo M.T. y Martín-Gil F.J. "Water of hydration and crosslinking in live and dead cells". Thermochim. Acta, 1999, 325, 19-24. 9. Rey F.J., Chamorro O., Martín-Gil F.J. y Martín-Gil J. "Characterization of fatty acid methyl esters by thermal analysis". J. Therm. Anal. Cal., 1993, 40, 463-473 10. Sánchez-Valiente M., Martín-Gil F.J, Martín-Gil J., Siguenza A.F. y Miguel J.L.