APÉNDICE A
Bosquejo histórico desarrollo de la termodinámica C onfunda onfunda el c ielo a esos ancianos. ancia nos. Nos Nos han robado oba do nuestras mejores ideas. Ben
El desarrollo de la termodinámica clásica permite adentrarse en la totalidad de los procesos procesos científicos científicos y de ingeniería y vislumbrar vislumbrar así las fallas humanas humanas tanto como los triunfos debidos al intelecto. Con frecuencia la historia de este tema se presenta como una progresión ordenada de ideas, cada una basada en los fundamentos dejados por los investigadores anteriores. Este enfoque tiene validez pero, al igual que en las investigaciones actuales, es frecuente que existan largos en los que las ideas sin valor se mantienen tenazmente a pesar de la evidencia decisiva de su falsedad. En otros casos, cierto número de investigadores casi simultáneamente adopta un paquete nuevo de teoría en su totalidad, a partir del cual inicia su desarrollo. Es más fácil pero no más exacto describir su historia lineal. En 1889 Samuel P. Langley, investigador fuera de lo común, examinó.otro aspecto de la investigación en su discurso al retirarse como presidente de la Association for the Advancement of Science (Asociación estadounidense para el progreso de la ciencia): Con frecuencia escuchamos (sobre el progreso de la ciencia) que debe marchar como un ejército hacia alguna meta bien definida; pero me parece que éste no es el camino de la ciencia, sino únicamente el trayecto aparente desde un punto retrospectivo del compilador, quien probablemente desconoce la confusión real, los movimientos dispersos y retrógrados de los individuos que forman el cuerpo y nos muestra aquellas partes partes de éste éste que a él, mirand mirando o hacia hacia atrás atrás desde desde su posici posición ón actual actual,, le aparec aparecen en en la dirección correcta. Creo que esta comparación entre el progreso y el ejército, que obedece al impulso de un líder, tiene error que verdad y a través de las comparaciones se llega a o menos malas interpretaciones. Prefiero que mejor se piense en una chusma, donde la dirección del conjunto proviene en cierta forma de los impulsos independientes de sus
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miembros individuales; no muy diferente a una jauría de perros, que a lo largo de la carrera puede ocultar su juego; pero donde, en una fuga, cada individuo sigue su pro pio camino, por olfato y no por vista, algunos corriendo hacia adelante y otros hacia atrás; donde el que grita más fuerte hace que muchos lo sigan, con igual frecuencia por un camino equivocado que por uno donde algunas veces se reconoce que la jauría entera entera una pista falsa; por este ejemplo menos dignificante, pero que al menos tiene el mérito de contener un poco de verdad, pido disculpa a los escritores de libros de texto. Con esta advertencia en mente, se decidió iniciar un breve viaje histórico a través del desarrollo de la termodinámica clásica. El concepto de energía fue introducido en el campo de la mecánica por Galileo Galilei (1564 1642). Desde mediados del siglo XVII, Sir Isaac Newton y Christian Huygens lo emplearon como un método conveniente para resolver problemas que involucraban cálculos de la altura alcanzada por el péndulo en su vaivén. Sin embargo, dentro del sentido más general con que se emplea la energía en termodinámica, los primeros intentos de cuantificarla se vieron entorpecidos por la falta de entendimiento sobre el hecho de que la transferencia de calor y el trabajo son simplemente formas diferentes de la transferencia de energía. Aún más básicamente, los investigadores se veían importunados por la confusión entre los conceptos de transferencia de calor y temperatura. Fue necesario medir la temperatura antes de que se desarrollaran las ideas sobre transferencia de calor. El primer modelo fue un termómetro de aire debido a Galileo (1592); posteriormente, en 1641, Fernando II, Gran Duque de Toscana presenta el termómetro sellado de alcohol seguido de la sugerencia de Newton sobre un termómetro conteniendo aceite (1701) (quien propuso una escala de temperaturas a partir de en el punto de fusión del hielo hasta un segundo punto fijo a como “el calor máximo que puede alcanzar el termómetro en contacto con el cuerpo humano”). Finalmente, Gabriel D. Fahrenheit crea el termómetro de mercurio en vidrio en 1715. Todo esto sirvió de base a las investigaciones posteriores. res.
Máquina uinas térmicas y
teoría de la termodiná odinámica
Ya antes del desarrollo de las medidas cuidadosas de la temperatura y de las teorías termodinámicas, los ingenieros varios tipos de máquinas térmicas. En Inglaterra en 1698, Thomas Savery 1715) patenta una bomba operada por vapor de agua, basada en el principio propuesto hacia 1663 por Edward Somerset, Marqués de Worcester. La bomba de Savery empleaba un sistema de válvula controlada a mano, resultando embarazosa, lenta e ineficiente. Thomas Newcomen (1663 un ferretero de Darmouth, instaló en 1712 la primera máquina a combustión de carbón en servicio en Inglaterra. Un lado del pistón en la máquina estaba a la presión atmosférica, por lo que éste se dirigía dirigía hacia hacia la presión presión más baja del vapor vapor de agua en condens condensació aciónn en el otro lado; en versiones posteriores las válvulas eran operadas por las varillas de la bomba de tal manera que la máquina podía operar sin que se le prestara mucha atención A.l). Fue apenas en 1760 cuando Joseph Black (1728 un profesor de
581 y química de la Universidad de Glasgow, descubrió las bases de la transferencia de calor como ciencia cuantitativa, al medir en ese la capacidad calorífica de varios materiales y observar la diferencia entre temperatura y transferencia de calor. De 1761 a 1764 Black demostró los conceptos de calor latente de fusión y de evaporación. Dichos conceptos se convirtieron en la base de la llamada teoría del que consideraba la transferencia de calor como la migración de un fluido incoloro desde un cuerpo de mayor temperatura a otro a temperatura más baja. Por ese entonces se pensaba que este fluido calórico era indestructible, James Watt (1736 un escocés fabricante de instrumentos, quien traba jaba jaba por ese tiempo tiempo en el labora laborator torio io de Black, Black, se dio cuenta cuenta de alguna algunass de las limita limita-ciones de la máquina de Newcomen y construyó unas máquinas que empleaban va por de agua en un lado del pistón para dirigirlo dirigirlo hacia el otro lado donde se condensaba el vapor de agua a una presión menor. Empleó algunos de los resultados de Black para diseñar un condensador externo (1765) en lugar de recurrir a la condensación dentro del cilindro lo había hecho Newcomen; con lo cual logró que el cilindro permaneciera a temperaturas elevadas durante el ciclo entero y mejoró notablemente la eficiencia de la máquina. Hacia 1778, Watt y su colaborador thew Boulton 1809) competían contra otros fabricantes y, para comparar sus máquinas con las otras, Watt introduce el concepto de servici servicio o, que corresponde a una forma de eficiencia de la máquina y se define como “el número de libras que se elevan un pie por fanega de carbón empleada”. Entre 1781 y 1782, Watt inventa la máquina de doble efecto; esta máquina movía un volante permitiendo el movimiento continuo de rotación, el cual no había sido posible con máquinas anteriores ya que la potencia se producía sólo durante la carrera descendente. También define el caballo de fuerza (horsepower) como la rapidez de trabajo debida a un caballo de molino, y calcula ese valor en 33 000 libras de fuerza por minuto ejercidas sobre una distancia de un pie (1782-1783). Este valor se multiplicaba conservadoramente por un factor de 2 para evitar el descontento descontento de los usuarios. Benjamin Thompson (1753-1814) fue un norteamericano que tornó la desafortunada decisión de apoyar a los británicos y servirles de espía durante la Guerra de Independencia; por lo tanto, juzgó conveniente emigrar a Inglaterra donde fue teniente coronel del ejército británico. Invento, entre otras cosas, la cafetera de goteo. Tuvo por comisión mejorar el armamento del príncipe de Baviera quien le concedió el título de conde de Rumford; en este cargo (1798) observó que había una liberación continua de calor al taladrar un De ser así, podía conservarse el “fluido calorico” cuando evidentemente se producía en forma continua? Rumford dedu jo que la transfe transferenc rencia ia de calor calor era “cierta “cierta clase clase de movimien movimiento”. to”. Naturalm Naturalmente ente este comentario era válido para cualquiera que observara la producción de energía térmica debida a la fricción, pero generalmente se da el crédito a Rumford por haber llamado la atención de la comunidad científica sobre el hecho. La teoría del calórico continuo siendo aceptada ampliamente como correcta por más de 50 años y gran parte parte de la interpr interpreta etació ciónn matemá matemátic ticaa de ella ella se incluyó incluyó comple completam tament entee en el enfoque enfoque moderno de la termodinámica. Rumford había realizado antes (1787-1799) cuidadosos experimentos que mostraban con precisión de una parte en un millón, que el peso de determi determinada nadass cantida cantidades des de agua no cambiab cambiabaa durante durante el proceso proceso de congecongelación; por lo tanto, si hubiese un fluido calórico, éste no debería pesar
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te nada. Rumford terminó sus días en París después de haberse casado (1805) con la viuda de Lavoisier, quien fuera uno de los defensores más decididos de la teoría del calórico. En los primeros del siglo XIX, Richard Trevithick (1771-1819) en Inglaterra y Oliver Evans (1755-1819) en los Estados Unidos fabricaban máquinas de vapor de agua que trabajaban con una presión superior a la atmosférica en la caldera (Figs. A.2 y aumentando considerablemente la eficiencia del ciclo. Trevithick empleó presiones presiones de unas 15 psig. un párroco ingles de la Iglesia angliEl reverendo Robert Stirling cana, patentó en 18 16 una máquina térmica práctica que empleaba aire como fluido de trabajo. En teoría, el ciclo empleado por la máquina de Stirling se aproximaba al ciclo ideal que Carnot propondría poco después. La máquina tenla importancia prácti práctica ca ya que operab operabaa a presió presiónn baja, baja, elimin eliminand andoo los proble problemas mas de seguri seguridad dad debidebidos a las presiones cada vez mayores que se empleaban en las calderas. En 1824, el brillante ingeniero militar francés, Nicolás Leonard Sadi Carnot hijo del ministro de guerra de Napoleón, presentó su única obra publicada: “Reflexiones sobre la potenc potencia ia motriz motriz del fuego fuego y sobre sobre las máquin máquinas as capaces capaces de desarrollar esa potencia”, donde mostraba una forma de lo que ahora se conoce como segunda ley de la termodinámica al referirse a la cantidad de trabajo que se puede obtener de una máquina que emplea la transferencia de calor como su impulsora. También propuso una forma razonada de la primera ley. Los trabajos de Carnot se presentaron en términos de la teoría del calórico, lo que hizo que investigadores posteriores se adherieran a dicha teoría ya que ‘las predicciones de Carnot evidentemente y confirmadas por experimentos. Sin embargo, el propio eran Camot empezaba a cuestionar los fundamentos de su propio trabajo que se basaban en la teoría del calórico, como lo evidencian los cambios que hizo en las galeras de su manuscrito y por algunas de sus notas inéditas. Carnot murió de cólera a la edad de 36 cuando se recuperaba de la escarlatina, legando probablemente la más importante contribución individual a la termodinámica clásica. A principios de la década de 1840, James Prescott Joule (1818-1889) y Julius Robert Mayer (1814-1878) casi simultáneamente expusieron la idea de que tanto la transferencia de calor como el trabajo mecánico eran simplemente formas diferentes de el mismo fenómeno, que ahora se reconoce como transferencia de energía. Ninguna de estas presentaciones de la “teoría mecánica del calor” fue aceptada en ese tiempo. Las ideas de Joule se basaban en una notable serie de experimentos. En un vaso rotatorio que contenía agua introdujo la armadura de un dínamo y midió el calor cedido al agua cuando pasaba corriente por la armadura 1) estacionaria, 2) girando en dirección de avance y 3) girando en la dirección opuesta. Descubrió que el calentamiento podía incrementarse o decrecer según la dirección de la rotación y que el trabajo entregado era igual a 4.60 N por kilogramo de agua. Entonces una serie de experimentos, incluyendo forzar el agua a través de agujeros “C); la fricción entre dos superficies sumergidentro de un pistón: 4.25 N das en agua o en mercurio: 4.25 N . bombear aire dentro de un cilindro cerrado: 4.60 N . permitir que el aire en un cilindro escape lentamente: y dejar escapar aire lentamente de un cilindro a otro, ambos 4.38 N l
l
l
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l
de seguridad
de de
de cierre
de
de
de las las primeras calderas c alderas de vapor vapor
agua
sumergidos en el mismo tanque (no se hace trabajo neto ni hay cambio de temperatura, ya que ninguna energía cruza las fronteras del sistema). Joule publicó estos resultados y la teoría mecánica del calor empezó a llamar más la atención. Posteriormente, Joule realizó algunas medidas, aún mas cuidadosas, del cambio de la temperatura del agua contenida en un recipiente cuando se le agitaba y medía el trabajo que entregaba el agitador de paletas. Durante su luna de miel en Suiza esperaba encontrar una cascada lo suficientemente alta como para obtener bastante energía en forma de trabajo y realizar medidas aún más cuidadosas. Entretanto, Mayer había concebido la teoría mecánica del calor cuando era médico marino en las Indias Orientales; trataba de publicar resultados similares con base en los datos obtenidos obtenidos por Black pero encontró gran dificultad para que se publica publicara ra su trabaj trabajoo en revist revistas as científ científica icas; s; su primer primer manusc manuscrit ritoo ni si quiera quiera fue admitido y algunos trabajos posteriores posteriores (1842) fueron ridiculizados. ridiculizados. S desesper dese speraci ación ón era tan grande que intentó suicidarse saltando por una ventana, pero sólo se fracturó una pierna. Puesto que ese intento de suicidio se consideró como prueba de demencia, se le internó en un asilo durante cierto tiempo. Finalmente, en sus últimos tuvo un poco de reconocimiento compartiendo con Joule el instituir la teoría mecánica del calor. Otro médico que tuvo dificultades para publicar su trabajo fue Herman Ludwig von Helmholtz autodidacto en matemáticas y física, quien en 1847 hizo la primera exposición analítica clara sobre la energía en forma generalizada, en un escrito publicado en forma privada que tampoco fue aceptado por las revistas prof pr ofes esio iona nale les. s. Mientras tanto los trabajos de Carnot fueron complementados y clarificados por Emile Emile Clapey Clapeyron ron (1799(1799-186 1864). 4). A fines fines de la década década de 1840, 1840, muchos muchos micos, incluyendo los físicos William Thomson (1824-1907) (más tarde Lord Rudolf Julius Clausius (1822-1888) y el ingeniero escocés William John Macquorn Rankine luchaban por conciliar los trabajos de not, basados en la teoría del con la confirmación experimental de la teoría mecánica del calor debida a Joule y Mayer. Puesto que los resultados de Joule se basaban basaban en las medidas medidas de diferenc diferencias ias de temperat temperatura ura del orden orden de 0.01 0.01 desperta ban gran escepticismo. escepticismo. En 1848 Kelvin, un profesor de filosofía natural en la Universidad de Glasgow que tenía 24 años de edad, sugirió una escala absoluta de temperatura, basada en parte en los resultados de Carnot. Kelvin trabajaba en telegrafía durante el tendido del cable transcontinental del Atlántico, pero tuvo tiempo para publicar su obra en 1849, donde por primera vez aparecen los términos termodinámica y energía mecánica. En 1850, finalmente abandonó por completo la teoría del calórico y, de 1852 a 1862, trabajó con Joule en una serie de experimentos cuyo fin era medir el cambio de la temperatura de un gas durante una expansión controlada, que se realizaba con el fin de probar que la suposición de Mayer sobre un cambio de temperatura siempre nulo era falsa; Joule y Thomson (Kelvin) creían haber encontrado un error en el valor de el equivalente mecánico del calor. (En realidad yer sólo tomó como valido el valor de cero para el aire dentro de las condiciones en que éste puede considerarse un gas ideal, lo cual es verdadero.) El trabajo experimental dio resultados muy importantes, entre ellos la determinación del llamado
58 6 coeficiente de Joule-Thomson para gases reales. Entre tanto, Clausius se daba cuenta de que existían dos leyes diferentes: la segunda ley, como la había expuesto Carnot, y la primera ley, formulada por el mismo Clausius mediante una teoría lógica en 1850. En este trabajo, Clausius define la energía interna Uy muestra claramente la diferencia entre las capacidades térmicas específicas medidas a volumen constante y a presión constante; también indica que esta formulación concuerda con sus experimentos. A pesar de que tanto Clausius como Kelvin habían empleado la desde hada varios fue Clausius quien reconoció el valor de la función como una propiedad y la palabra para para descri describir birla, la, asigna asignando ndole le el Su enunciado de la primera ley es conciso y sigue siendo valido en general: (La ener Energie gía del universo es constante.) Rankine, al aplicar la teoría termodinámica a las máquinas térmicas en 1853, definió la eficiencia termodinámica de una maquina térmica y, en 1854, mostró la utilidad del diagrama v en relación con el trabajo. Fue quien escribió el primer libro de en 1859. En 1862 Alphonse Beau de Rochas (1815-1893) propuso, en una patente francesa, el ciclo que emplean las máquinas modernas de combustión interna impulsadas por gasolina, aunque no se conoce que a consecuencia de esto se haya construido alguna máquina. El ciclo fue incorporado una máquina práctica por un joven comerciante de Colonia, Nikolaus August Otto (1832-1891) y su socio Eugen Langen (1833-1895) en 1876 y se-demostró en la Exposición de París de 1878. El trabajo de Otto primero se aplico a máquinas que empleaban gas de A la exitosa máquina siguieron varios intentos que fueron ridiculizados por ese entonces, pero que permitieron un avance continuo hasta el triunfo no el trabajo de de Rochas y tuvo que entablar muchas batallas legales para mantener los derechos de producc producción ión de sus máquinas máquinas,, pero pero a la postre postre perdió perdió.. El capitán John Ericsson (1803-1889) fue un ingeniero sueco que realizó una larga y productiva carrera en los Estados Unidos. Perfecciono la propulsión por hélice en los barcos en reemplazo de la rueda de aspas, común en ese tiempo, y el barco Mo durante la guerra civil, que sirvió sirvió M onitor nitor para las fuerzas de la Unión durante de referencia para los barcos con revestimiento de hierro de los siguientes 50 Ya antes había inventado el de calor de tubos y coraza para emplearlo en los condensadores de las máquinas marinas. Junto a otros investigadores, se interesó en las máquinas de aire debido nuevamente a las numerosas explosiones catastróficas de las calderas, particularmente en barcos donde eran el resultado de la combinación de altas presiones en las calderas y operación descuidada. En 1850 construyó y demostró una gran máquina de aire caliente para el barco toneladas; la máquina fue un técnico pero ocupaba demasiade do espacio con sus cilindros de 14 pies de diámetro con carrera de los pistones de 6 pies, de tal forma que la nave no competir económicamente con las máquinas de vapor. El Ericsson se hundió durante una tormenta antes de que se pudieran pruebas concluyentes. tarde, Ericsson vendió máquinas impulsadas por energía solar y por combustión del carbón que calentaban aire, esta última con un poco de suerte. Brayton nacido en East Greenwich en En 1873, George
587 Vermont, inventó una máquina de combustión interna que vendía en 1876, la cual operaba por la inyección de aire comprimido a de rejillas calientes en una cámara de combustión; se inyectaba aceite pesado o algún otro líquido combustible directamente en el aire antes de que entrara a la cámara de combustión. Dado que no se’presentaban explosiones súbitas, la combustión tenía lugar a presión prácticamente constante. En los primeros modelos que operaban con gas como combustible, la flama pasaba al combustible por atrás de la rejilla haciendo peligrosa la operación. La máquina de aceite pesado no gozo de un éxito comercial continuo, pero la termodinámica de esta máquina sirvió de base a las turbinas de gas modernas. Con frecuencia se menciona a Josiah Willard Gibbs (1839-1903) como el mas brillante brillante pero el menos reconocido de los termodinámicos termodinámicos de los Estados Estados Unidos. Su grado doctoral fue el primero otorgado en ingeniería en los Estados Unidos (que se supone era en ingeniería mecánica, ya que el tema se refería a engranajes). Desarrolló el diagrama T-s como un medio de analizar la transferencia de calor en un sistema termodinámico y proporciono los métodos para el del equilibrio en su sentido mas general. En 1878 publicó un trabajo en el cual definía la regla de fases que da una base termodinamica al campo de la fisicoquímica. En su última contribución establece los fundamentos de la estadística que, si bien quedan fuera de la termodinámica clásica, son igualmente importantes. Gottlieb Daimler 1900) fue superintendente en los trabajos de la máquina de gas de Otto en Alemania, y se dio cuenta de que esta maquina debía operarse con un combustible líquido volátil para que pudiese resultar practico en el transporte. En 1879 obtuvo la patente de una máquina de cilindros múltiples acoplados a un común; entre 1883 y 1884, junto con su brillante ingeniero diseñador Wilhelm Maybach fabricó la primera maquina automotriz comercial. El doctor Rudolph Christian Karl Diesel (1858-1913) nació en Francia pero sus padres padres lo enviar enviaron on a Aleman Alemania ia siendo siendo niño, niño, donde donde poster posterior iormen mente te asisti asistióó como como estuestudiante de de máquinas a la Technische (Escuela Técnica) en Munich. grandes máquinas de vapor y calderas, pero continuó investigando una sustitución a la máquina de vapor que tuviese una eficiencia mayor que el 6 10% 10% que se obtenía por los ciclos de vapor. Desarrollo su ciclo de operación con base en el uso de carreras de compresión que permitieran alcanzar altas temperaturas, y el proceso de combustión tenía lugar a temperatura constante mediante el control del flujo en la inyección del combustible, ya que consideraba que en esta forma se logra ba una aproximación práctica al ciclo de Carnot para máquinas de combustión interna. En 1893, Diesel hacía la demostración de una modificación de este ciclo, pero en el primer intento la de la maquina casi causó su fin, así como el de sus experimentos. Continuó desarrollando este concepto hasta que finalmente, en 1897, probó una maquina en operación práctica . Problemas de salud, críticas continuas y reveses financieros acosaron a Diesel y, en 1913, desapareció de un barco que cruzaba el Canal de la Mancha en una serena noche de luna. Todas las máquinas presentadas hasta este momento eran reciprocantes y em pleaban pleaban un pistón en un cilindro para impulsar un volante que un movimiento circular. Ya en 1791, el inglés John Barber patento una máquina con todos los elementos de la turbina de gas contemporánea y otros diseños más los realizaron
BARPER’S
WEERLY
varios investigadores hasta que finalmente las turbinas prácticas para ciclos de vapor fueron inventadas casi simultáneamente por Sir Charles A. Parsons (1854-1931) en Inglaterra y por Carl G. P. (1845-1913) en Suecia hacia la mitad de la década de 1880.
Refri frigeración y termodi odinámica Para hacer un seguimiento de la refrigeración es necesario remontarse hasta mediados del siglo XVII, cuando el inglés Robert Boyle (1627-1691) observó la disminución de la temperatura de ebullición del agua al reducir la presión. El doctor William Cullen, un profesor de medicina en la Universidad de Glasgow, observó en 1755 que un recipiente aislado que contenga agua sufre una baja de temperatura durante una evaporación. En 1844, Thomas Masters de Londres patentó una máquina para para hacer hacer nieve nieve que empleab empleabaa una mezcla mezcla de hielo hielo y sal para para bajar bajar la temper temperatur aturaa de la salmuera. Charles E. Monroe de Cambridge, Massachusetts, en 1871 patenta un enfriador de comida que se basa en la idea de evaporar agua desde el revestimiento poroso de un refrigerador. refrigerador. Sin embargo, el más notable investigador investigador que empleó el método de refrigeración “natural” fue el estadunidense Frederic Tudor (1783-1864). Tudor cortó y almacenó hielo natural (Fig. A.5) y, en 1804, hacía envíos regulares de hielo desde el norte hasta el sur y por los años de 1834 expandió su comercio hasta las Indias Occidentales, Sudáfrica y, finalmente, Europa. Sir John Leslie (1766 profesor de matemáticas matemáticas en la Universidad Universidad de Edimburgo, se basó en las observaciones de Boyle y Cullen y empleó ácido sulfúrico para para absorbe absorberr vapor vapor de agua agua de una vasija vasija que contení conteníaa agua y producir producir así un vacío vacío en un recipiente cerrado; a su vez, el vacío hacía que bajara tanto la temperatura de saturación del agua que se podía formar hielo. En 1810 se fabricaron bloques de hielo de una libra mediante este proceso. Hacia 1881, Franz Windhausen producía seis bloques de 672 libras por ciclo en una maquinaria a escala comercial en Alemania. El ácido sulfúrico se regeneraba para volverse a usar después de cada ciclo mediante un calentamiento con vapor de agua que permitía el drenaje del agua absorbida . En 1858, Ferdinand P. E. Carré puso a la venta un sistema basado en la observación de que el amoniaco alcanzaba temperaturas más bajas que el agua cuando hervía a la misma presión. A principios de la década de 1930, el sistema “Icyball” de Crosley, fundamentado exactamente en el ciclo de Carré, se vendía ampliamente en las zonas rurales de los Estados Unidos. El refrigerador de gas operaba con el mismo ciclo en forma continua en lugar de hornadas. En 1755, M. Hoell observó que el aire comprimido que salía de una línea de aire a presión se enfriaba al escapar de la línea. En 1828, Trevithick propuso una máquina de refrigeración apoyada en las observaciones de Hoell y, en 185 1, el doctor John Gorrie (1803-1855) obtuvo una patente norteamericana por la primera máquina que operaba con éxito mediante un ciclo de compresión y expansión de aire. Jacob Perkins (1766 un norteamericano que vivía en Londres, que otros fluidos de trabajo podían operar con mayor eficiencia que el aire, en
si era posible condensarlos fácilmente después de la compresión. Construyó la primera máquina práctica de compresión de vapor, que fue patentada en 1834. David Boyle de Chicago logro demostrar el empleo del amoniaco en ella, la cual desarrolló entre 1869 y 1873; en 1873 operaba una planta que producía 1 de hielo en Jefferson, Texas. Carl P. G. Linde (1842 1934) de Munich empleó un ciclo avanzado con mucho mejor rendimiento mecánico, que alcanzó su fase experimental en 1873 y su uso comercial en 1875 (Fig. A.6).
Resumen
El trabajo de este grupo tan heterogéneo de científicos e ingenieros provenientes de diferentes naciones se describió de acuerdo con el modelo de Langley mencionado en el inicio de esta sección: una jauría de perros de presa en busca de una pista elusiva. La termodinámica clásica presenta una teoría bella y coherente que finalmente une las muchas tendencias que fueron seguidas por los primeros investigadores. Sin embargo, la historia de esta teoría no es una línea continua de progreso, como puede verse por el hecho de que la formulación de lo que ahora se llama la segunda ley precedió a la formulación formulación de la primera ley por más de 25 La historia es un hilo enmarañado lleno de vueltas y nudos. Para información suplementaria sobre los inicios de la historia de la termodinámica, véanse las referencias 1 a ll.
Bibliografía Robert Mayer-Prophet of E ner ner gy, Pe P er gamo gamon, E lmsford, lmsford, 1. R. Bruce Lindsay, N. Y., 1973. uce L indsa indsay, y, E ner ner gy, Deve D evelopme lopment nt of the Benchmark 2. R . B r uce Papers E ner ner gy, Hutchinson Stroudsburg, Pa., 1975. A pplicat licati ons of E ner ner gy: N i nete netee enth nth C entur ntury, y, 2, Be B enchmark nchmark 3. R. Bruce Lindsay, Ap pe pers E nerg nergyy, Dowden, Hutchinson and Stroudsburg, Pa., 1976. istory of the T erm ermomet ometer er and I ts Use Use 4. William Edgar Knowles Middleton, A H istory Johns Hopkins, Baltimore, Md., 1966. vol. 5. E. Mendoza, Sketch for a History of Early Thermodynamics”, Physics 14, no. 2, February 1961, pp. 32-42. Shor H i sto story of Science Science to the Ni net neteenth nth Cent Century, Oxford at the 6. Charles Singer, A Shor Press, London, 1941.
Examinando las placas de hielo en el proceso de
Congelación
Peso: cuatro y media toneladas.
Manufactura del hielo artificial.- Tomado de los dibujos de Figura
A.6
de
escala.
of Mechanical Znventions, rev. ed., Harvard University Abbot Payson Usher, Press, Cambridge, 1954. 8. C. Lyle Cummins, Jr., and Power, priv privat atel ely y publ publis ishe hed. d. 9. C. Lyle Cummins, Jr., Fire, Carnot Press, Lake Osweago, Ore., 1976. 10. Arthur W.J.G. Orde-Hume, Perpetua1 Motion, The History of Obsession, St. Martin% Press, New York, 1977. P.W. Atkins, Law, Scientific New York, 1984.
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