Segunda Ley De La Termodinámica

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA PRESENTA: ING. ANDREA GARCÍA NOVIEMBRE 2015

INTRODUCCIÓN La Termodinámica desempeña un papel vital en el diseño y análisis de múltiples procesos, dispositivos y sistemas en la industria y en la vida cotidiana.  La primera ley de la termodinámica no restringe la dirección de un proceso, pero satisfacerla no asegura que en realidad ocurra el proceso. Esta falta de adecuación de la primera ley para identificar si un proceso puede tener lugar se remedia introduciendo otro principio general, la segunda ley de la termodinámica.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Un proceso no ocurre a menos que satisfaga tanto la primera como la segunda leyes de la termodinámica.

Establece que un proceso ocurre en cierta dirección, no en cualquiera.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁM ICA

DEPÓSITOS DE ENERGÍA TÉRMICA Depósito de energía • Los cuerpos que pueden térmica o depósitos absorber o rechazar cantidades finitas de calor en forma de calor isotérmica.

Fuente

Sumidero

• Un depósito que suministra energía en la forma de calor.

• Un deposito que absorbe energía en la forma de calor se llama sumidero

MÁQUINAS TÉRMICAS El trabajo se puede convertir en calor de manera directa y por completo, pero convertir el calor en trabajo requiere usar algunos dispositivos especiales que son:

Máquinas térmicas. 1. Reciben calor calor de de una una fuente fuente a a temperatura temperatura alta alta (energía (energía solar, solar, horno horno de de petróleo, petróleo, reactor reactor nuclear, nuclear, etcétera). etcétera).

2. 2. Convierten Convierten parte parte de de este este calor calor en en trabajo trabajo (por (por lo general general en en la la forma de de una flecha rotatoria).

3. 3. Rechazan Rechazan el el calor de desecho hacia hacia un un sumidero sumidero de de calor de baja baja temperatura temperatura (la (la atmósfera, los atmósfera, los ríos, ríos, etcétera). etcétera).

4. 4. Operan en un un ciclo, ciclo, ya ya que que el fluido de el trabajo trabajo de de una una de estas estas máquinas máquinas vuelve vuelve a a su su estado inicial estado inicial al al final final de de cada cada ciclo ciclo

Esquema de una central eléctrica de vapor

 

EFICIENCIA TÉRMICA EFICIEN CIA TÉRMIC A

Es Es una una medida medida del del desempeño de una desempeño de una máquina máquina térmica térmica que que se se define define como como la la fracción fracción de de la la entrada entrada de de calor calor que que se convierte en se convierte en salida salida de de trabajo trabajo neto. neto.

Donde es la Donde W W neto,salida neto,salida es la salida salida de de trabajo trabajo neto neto de de la la máquina máquina térmica, térmica, Q QHH la la cantidad cantidad de de calor calor suministrada suministrada aa la la máquina y Q la máquina y QLL la cantidad cantidad de de calor calor que que la máquina cede.. la máquina cede..

Algunas Algunas máquinas máquinas térmicas térmicas se se desempeñan desempeñan mejor mejor que que otras otras (convierten (convierten más más trabajo trabajo aa partir partir del calor que reciben). del calor que reciben).

Toda Toda máquina máquina térmica térmica debe debe desperdiciar cierta cantidad de desperdiciar cierta cantidad de energía energía transfiriéndola transfiriéndola aa un un depósito depósito de de baja baja temperatura a fin de completar el temperatura a fin de completar el ciclo, ciclo, incluso incluso en en condiciones condiciones idealizadas. idealizadas.

ENUNCIADO DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA DE KELVIN-PLANK Y CLAUSIUS ENUNCIADO DE KELVIN-PLANK

ENUNCIADO DE CLAUSIUS

Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de trabajo.

Es imposible construir un dispositivo que opere en un ciclo sin que produzca ningún otro efecto que la transferencia de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura.

Cualquier Cualquier dispositivo dispositivo que que viole viole el el enunciado enunciado de de Kelvin Planck Kelvin Planck también también viola viola el el de de Clausius, Clausius, yy viceversa. viceversa.

PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES PROCESO REVERSIBLE

PROCESO IRREVERSIBLE

se define como un proceso que se puede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores. Es decir, tanto el sistema como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el proceso inverso . Estos procesos requieren la mínima cantidad de trabajo y entregan lo más posible

Es todo aquel proceso que no es reversible

Los efectos que hacen que un proceso sea irreversible son la fricción, la expansión o compresión de no cuasiequilibrio y la transferencia de calor debida a una diferencia finita de temperatura llamadas irreversibilidades.

CICLO DE CARNOT

CICLO DE CARNOT (EFICIENCIA) La eficiencia es cero si

Para un ciclo como este, Carnot demostró que

El rendimiento térmico de una máquina de Carnot es

La eficiencia aumenta al aumentar y disminuir

MÁQUINA TÉRMICA DE CARNOT

¿Cuál es la máquina más eficiente posible?

Una máquina térmica operando en un ciclo reversible ideal (denominado ciclo de Carnot) entre dos reservorios de energía es la máquina más eficiente posible.

El trabajo neto realizado por una sustancia de trabajo conducida a través del ciclo de Carnot es el máximo trabajo posible para una cantidad dada de energía, suministrada a la sustancia a la temperatura mas alta

ENTROPÍA La La segunda segunda ley ley de de la la termodinámica termodinámica conduce conduce aa la la definición definición de de una una nueva propiedad llamada entropía que es una medida cuantitativa nueva propiedad llamada entropía que es una medida cuantitativa de de desorden desorden microscópico microscópico para para un un sistema. sistema. Cualquier Cualquier cantidad cantidad cuya cuya integral integral cíclica cíclica es es cero cero es es una una propiedad, propiedad, yy la la entropía entropía está está definida definida como como

Para Para el el caso caso especial especial de de un un proceso proceso isotérmico isotérmico internamente internamente reversible, reversible,

La La parte parte de de la la desigualdad desigualdad en en la la desigualdad desigualdad de de Clausius Clausius combinada combinada con con la la definición definición de de entropía entropía produce produce una una desigualdad desigualdad conocida conocida como como el el principio principio de de incremento incremento de de entropía, entropía, que que se se expresa expresa como como

•donde es la entropía generada durante el proceso •donde S Sgen gen es la entropía generada durante el proceso El El cambio cambio de de entropía entropía es es ocasionado ocasionado por por la la transferencia transferencia de de calor, calor, el el flujo másico e irreversibilidades. La transferencia de calor hacia flujo másico e irreversibilidades. La transferencia de calor hacia un un sistema sistema aumenta aumenta la la entropía, entropía, yy la la transferencia transferencia de de calor calor desde desde un un sistema sistema la la disminuye. disminuye. El El efecto efecto de de las las irreversibilidades irreversibilidades siempre siempre es es aumentar aumentar la la entropía. entropía.

El El sistema sistema considerado considerado en en el el desarrollo desarrollo de de la la desigualdad de Clausius desigualdad de Clausius

Gracias por su atención prestada…