Segunda ley de la termodinamica
- 2. Fenómenos reales ◦ Procesos espontáneos. Primera Ley: ර 𝝏𝑸 = ර 𝝏𝑾 No establece restricciones en cuanto al sentido del flujo de calor y del trabajo mecánico. 2
- 3. Restricción 1 ◦ El calor viaja en forma espontánea de la fuente de alta temperatura a otra de menor temperatura, pero es imposible que viaje de una fuente de baja T a otra de alta T, a menos que se entregue una cierta cantidad de energía. 3 𝑄 (−)
- 4. Restricción 2 ◦ La energía eléctrica entregada al alambre de la resistencia se convierte en calor cedido por efecto Joule; pero el calor entregado por el alambre de la resistencia es imposible que se convierta en energía eléctrica. Las restricciones anteriores nos conducen a la consideración de la máquina térmica y el refrigerador. 4
- 5. Formulaciones Máquina térmica (Kelvin): Es imposible extraer calor de un sistema a una sola temperatura y convertirlo en trabajo mecánico sin que el sistema o los alrededores cambien de algún modo. T Q Máquina W Refrigerador térmico (Clausius): Es imposible un proceso espontáneo cuyo único resultado sea el paso de calor de un objeto a otro de mayor temperatura T Qc Qf c Tf
- 6. Máquina térmica. ◦ Es un dispositivo que opera en un ciclo, recibe calor de una fuente de alta temperatura, realiza una cierta cantidad de trabajo y el calor no aprovechado lo entrega a una fuente de baja temperatura. 6
- 7. 7 Turbina Caldera Condensador Bomba Depósito de Agua caliente W (+) Refrigerante W (-) Q (+) Combustible Aire Gases de combustión F D A T F D B T Q (-)
- 8. Eficiencia o rendimiento. = 𝑼𝒕𝒊𝒍𝒊𝒅𝒂𝒅(𝒐𝒃𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐) 𝑰𝒏𝒗𝒆𝒓𝒕𝒊𝒅𝒐 Rendimiento de la máquina térmica. 𝑴𝑻 = 𝑾 𝒏𝒆𝒕𝒐 𝑸 𝒄𝒂𝒍𝒅𝒆𝒓𝒂 1ra. Ley: σ 𝑄 = σ 𝑊 𝑸 𝒄𝒂𝒍𝒅𝒆𝒓𝒂 − 𝑸 𝒄𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝑾 𝒕𝒖𝒓𝒃𝒊𝒏𝒂 − 𝑾 𝒃𝒐𝒎𝒃𝒂 8
- 9. 𝑸 𝒄𝒂𝒍𝒅𝒆𝒓𝒂 − 𝑸 𝒄𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝑾 𝒏𝒆𝒕𝒐 Reemplazando en: 𝑴𝑻 = 𝑾 𝒏𝒆𝒕𝒐 𝑸 𝒄𝒂𝒍𝒅𝒆𝒓𝒂 𝑴𝑻 = 𝑸 𝒄𝒂𝒍𝒅𝒆𝒓𝒂 − 𝑸 𝒄𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓 𝑸 𝒄𝒂𝒍𝒅𝒆𝒓𝒂 𝑴𝑻 = 𝟏 − 𝑸 𝒄𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓 𝑸 𝒄𝒂𝒍𝒅𝒆𝒓𝒂 9 Si Q caldera >> Q cond Si Q caldera Q cond 𝑴𝑻→ 𝟏 𝑴𝑻→ 𝟎
- 10. Refrigerador. ◦ Es un aparato que opera en un ciclo que requiere trabajo para poder transmitir calor de un cuerpo de baja temperatura a un cuerpo de alta temperatura. 10
- 11. 11 F D A T Q (-) Condensador Válvula de expansión F D B T Compresor W (-) Evaporador Q (+)
- 12. Coeficiente de operación. 𝑪𝑶 = 𝑼𝒕𝒊𝒍𝒊𝒅𝒂𝒅(𝒐𝒃𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐) 𝑰𝒏𝒗𝒆𝒓𝒕𝒊𝒅𝒐 𝑪𝑶 = 𝑸 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓 𝑾 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓 1ra. Ley: σ 𝑄 = σ 𝑊 𝑸 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓 − 𝑸 𝒄𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓 = −𝑾 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓 𝑸 𝒄𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓 − 𝑸 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝑾 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓 12
- 13. Reemplazando en: 𝑪𝑶 = 𝑸 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓 𝑾 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒆𝒔𝒐𝒓 𝑪𝑶 = 𝑸 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓 𝑸 𝒄𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓 − 𝑸 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓 13 Si Q condensador >> Q evaporador Si Q condensador Q evaporador 𝐶𝑂 → 0 𝐶𝑂 → ∞
- 14. ▪Enunciado de Kelvin-Planck ✓Es imposible que una máquina térmica que funcione en un ciclo reciba una cierta cantidad de calor y entregue una cantidad igual de trabajo, por lo tanto es imposible que una máquina térmica tenga un rendimiento de 100% 14
- 15. 15 ▪ Enunciado de Kelvin-Planck ✓ Es imposible realizar una transformación cuyo único resultado sea convertir en trabajo todo el calor absorbido a partir de una sola fuente.
- 16. ▪ Enunciado de Rodolfo Clausius. ✓Es imposible construir un refrigerador que funcione sin una entrada de trabajo. Es imposible que el calor fluya de una fuente fría a una fuente caliente a menos que se entregue cierto trabajo. 16
- 17. 17 ▪ Enunciado de Rodolfo Clausius. ✓Es imposible realizar una transformación cuyo único resultado sea transferir calor de un cuerpo a otro que tenga una temperatura mayor o igual que la del primero.