segunda ley de la termodinámica y entropía

8/18/2019 Segunda Ley de la Termodinámica y Entropía

1/35


2/35

En la realidad no es posible lograr ciclos reversibles porque no se pueden

eliminar por completo las irreversibilidades relacionadas con cada proceso.

Sin embargo, los ciclos reversibles proporcionan límites superiores al

desempeño de los ciclos reales.


3/35

Condiciones de Reversibilidad:


4/35

Tipos de Irreversibilidades

Procesos Internamente reversibles: Un proceso sin irreversibilidades dentro

del sistema, aunque hay irreversibilidades a ambos

lados de la frontera del sistema.

Procesos irreversibles


5/35

Sistemas compuestos formados por otros subsistemas:

Maquina: un sistema cerrado a través del cual un fluido describe un proceso

cíclico cuasiestático

Focos: sistemas cerrados de temperatura constante, que no se altera por

una extracción o aportación continua de calor.


6/35

Consideraciones de la falta de alteración de los Focos:

Su gran capacidad calorífica, que haga despreciable su variación de

temperatura, a pesar del tráfico de calor (ej.: el mar, el ambiente);


7/35

Consideraciones de la falta de

alteración de los Focos:

Ser una sustancia pura

realizando un cambio de fase

isobaro


8/35

Consideraciones de la falta de alteración de los Focos:

Que en su seno se desarrolle una reacción química o

nuclear en equilibrio estacionario, en la que la energía

liberada en la reacción se iguale a la liberación de calor


9/35


10/35

Balance de Energía en maquinas térmicas:

= ya que ∆ =


11/35

Recordemos que las máquinas térmicas son

dispositivos cíclicos en donde el fluido de trabajo

de una de estas máquinas vuelve a su estadio

inicial al final de cada ciclo.

• Durante una parte del ciclo el fluido realiza trabajo y

durante otra se hace trabajo sobre el fluido. La

diferencia entre estos dos trabajos es el trabajo neto

que entrega la máquina térmica

• La eficiencia del ciclo de una máquina térmica

depende en gran medida de cómo se ejecute cada

uno de los procesos que constituyen el ciclo.


12/35

Son sistemas cíclicos que producen una cantidad neta positiva de trabajo

(objetivo del ciclo).


13/35


14/35

Son sistemas cíclicos que consumen

una cantidad neta de trabajo, y el

objetivo es retirar calor de un foco

frío (ciclos frigoríficos) o aportar

calor a un foco caliente (bomba de

calor).


15/35


16/35


17/35

Enunciado de Clausius

Es imposible ningún dispositivo que,

funcionando según un ciclo, su único

efecto sea el paso de calor de un cuerpo

frío a otro más caliente.


18/35

Enunciado de Kelvin-Plank

Es imposible construir un motor

que, funcionando según un ciclo, su

único efecto sea extraer calor de un

foco y realizar una cantidad

equivalente de trabajo.


19/35


20/35


21/35

Se aplican a máquinas bitermas (con dos focos).

Corolario 1

“El rendimiento térmico de un ciclo de potencia

irreversible es siempre menor que el rendimiento

térmico de un ciclo de potencia reversible, cuando

ambos operan entre los mismos dos focos térmicos”

Corolario 1

“Todos los ciclos de potencia reversibles que operan

entre los dos mismos focos térmicos tienen el mismo

rendimiento.”


22/35

• Propuesto en 1824 por el ingeniero

francés Sadi Carnot

• Ciclo reversible más conocido y

utilizado como estándar para comparar

las eficiencias de las maquinas

térmicas que operan con ciclo

irreversibles


23/35

• Sistema cerrado conformado por un gas contenido en un dispositivo de cilindro-émbolo

adiabático.

• El aislamiento de la cabeza del cilindro es tal que puede ser eliminado para poner al

cilindro en contacto con depósitos que proporcionan transferencia de calor.


24/35


25/35

: ó á

• Se elimina el depósito de calor de la etapa

anterior y se aísla la cabeza del cilindro

• El gas continúa expandiéndose lentamente y

realiza trabajo sobre los alrededores hasta

que su temperatura disminuye de T H a T L


26/35

: ó é

• Se retira el aislamiento de la cabeza del

cilindro y se pone a éste en contacto con un

sumidero a temperatura T L

• Se realiza trabajo sobre el gas en función de

una fuerza externa que empuja al cilindro

hacia el interior.

• El calor (Q L ) se transfiere desde el gas hacia

el sumidero a T L, lo anterior produce que T

sea constante.


27/35

: ó á

• Se elimina el depósito de baja temperatura y

se coloca de nuevo el aislamiento en la

cabeza del cilindro, comprimiéndose el gas de

manera reversible

• La temperatura sube de T L a T H durante este

proceso de compresión adiabático reversible.


28/35


29/35


30/35

Es una expresión matemática que relaciona el CALOR que recibe un

sistema con la TEMPERATURA DE SU SUPERFICIE (por donde entra o

sale ese calor), cuando el sistema experimenta un proceso cíclico.

Supondremos que en ese proceso cíclico interacciona únicamente con un

foco isotermo.


31/35


32/35


33/35

Se suman (II) y (III) y se sustituye (IV), quedando:

Que para un proceso cíclico con Tr constante en una

frontera f se obtiene:


34/35

Basándonos en el enunciado de Kelvin Plank, el trabajo neto producido no

puede ser positivo, ya que violaría dicho principio, por tanto:

Y la desigualdad queda definida como:

Desigualdad de Clausius


35/35

Basándonos en el enunciado de Kelvin Plank, el trabajo neto producido no

puede ser positivo, ya que violaría dicho principio, por tanto:

Y la desigualdad queda definida como:

Desigualdad de Clausius

segunda ley de la termodinámica y entropía

Documents