2° ley de la termodinámica

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Segunda Ley de la Termodinámica

Unidad V Página 1

ÍNDICE.

Introducción ……………………………………………………………..…………………3

Objetivo …………………………………………………………………….……...……….4

Descripción física de la segunda ley de la termodinámica………………..…………4

Enunciados de kelvin- Planck y de Clausius……………………………......................4

Procesos y ciclos reversibles………………………………………………...………….5

Temperatura termodinámica………………………………………………......………...7

La desigualdad de Clausius………………………………………………...…………...7

Definición macroscópica de la entropía…………………………………..……………8

Principio del incremento de entropía……………………………………......................8

Entropía de una sustancia pura………………………………………………………10

Cambio de entropía para un gas ideal…………………………………….................11

El ciclo de Carnot………………………………………………………………………11

Energía disponible y no disponible………………………………………...................13

Análisis de la segunda ley de la termodinámica para un volumen de control.....................................................................................................…............14

Disponibilidad e irreversibilidad en flujo estacionario……………………………….15

Interpretación microscópica de la entropía…………………………………………..15

Ejercicios correspondientes a la unidad……………………………………………..17

Conclusiones……………………………………………………………………………22

Bibliografía……………………………………………………………………………….22




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INTRODUCCION .

En este trabajo veremos todo lo respecto a la quinta unidad, “Segunda Ley de la

Termodinámica”, del temario correspondiente a la materia de Termodinámica delsegundo semestre de la carrera de Ing. Civil de la Universidad Autónoma de

Querétaro.

Veremos cosas muy interesantes como, La segunda ley de la termodinámica osegundo principio de la termodinámica expresa, en una forma concisa, que "Lacantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende aincrementarse con el tiempo". Más sencillamente, cuando una parte de un sistemacerrado interacciona con otra parte, la energía tiende a dividirse por igual hastaque el sistema alcanza un equilibrio térmico. En un sentido general, el segundoprincipio de la termodinámica es la ley de la física que afirma que las diferenciasentre un sistema y sus alrededores tienden a igualarse. En un sentido clásico, esto

se interpreta como la ley de la física de la que se deriva que las diferencias depresión, densidad y, particularmente, las diferencias de temperatura tienden aigualarse. Esto significa que un sistema aislado llegará a alcanzar una temperaturauniforme.

En este trabajo podremos ver además que, la segunda ley nos propone que esimposible convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas,por ejemplo la cantidad calor se convierta totalmente en trabajo.




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OBJETIVO .

El objetivo principal de este trabajo es comprender lo mejor posible laQuinta unidad del programa de Termodinámica, de una manera autodidáctica yaque, por falta de tiempo y la extensión que pueden tener los temas de otras

unidades, no se logro completar dicha unidad.

En causa de lo ya mencionado anteriormente, este trabajo nos permitirá distinguirlos fundamentos teóricos de la segunda ley de la termodinámica, así también suimportancia y aplicación en la vida cotidiana. Como se requiere comprender lateoría, para poder aplicarla a sistemas en la realidad, al final del trabajo semuestran algunos ejercicios que nos serán de gran ayudan para un mejorentendimiento de la unidad. 1. DESCRIPCION FISICA DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

La segunda ley de la termodinámica o segundo principio de latermodinámica expresa, en una forma concisa, que "La cantidad de entropía decualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con eltiempo". Más sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interaccionacon otra parte, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanzaun equilibrio térmico.

La segunda ley de la termodinámica, que es una generalización de la experiencia,es una exposición cuyos artificios de aplicación no existen. Se tienen muchosenunciados de la segunda ley, cada uno de los cuales hacen destacar un aspectode ella, pero se puede demostrar que son equivalentes entre sí.

2. ENUNCIADOS DE KELVIN-PLANCK Y DE CLAUSIUS.

Axioma de Kelvin-Planck:

“Es imposible para cualquier dispositivo operar de forma cíclica, producir trabajo eintercambiar calor solo con una región de temperatura constante”.

Este enunciado tiene relación con el estudio sobre la maquina térmica. En efecto,establece que es imposible construir una maquina térmica que funcione en un

ciclo, que reciba una cantidad igual de trabajo. La única opción es que algo decalor se debe transferir desde el fluido de trabajo a menor temperatura hacia uncuerpo a baja temperatura.




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Axioma de Clausius:

“Es imposible que el calor pase, por sí solo, desde una región de menortemperatura hasta otra de mayor temperatura”.

De este axioma se desprende que el calor siempre fluye de mayor a menortemperatura y que no puede existir ningún dispositivo o máquina cuyo único efectoseas la transferencia de calor de una región fría a otra caliente.

Obsérvese que tanto un refrigerador como una bomba térmica no violan lasegunda ley, ya que en ambos sistemas se requiere un trabajo para realizar latransferencia de calor de una región fría a otra caliente. Con esto se eliminatambién la posibilidad de alcanzar un coeficiente de funcionamiento infinito.

Tanto el axioma de Clausius como el de Kelvin-Planck son solamente dos de lasdistintas formas en que se puede expresar la segunda ley.

3. PROCESOS Y CICLOS REVERSIBLES.

De la segunda ley de la termodinámica se desprende que el trabajo es unaforma de energía más valiosa que el calor, puesto que solo una fracción de calorsuministrado en un ciclo termodinámico puede convertirse en trabajo. En otraspalabras, el trabajo siempre puede sustituirse por el calor, pero no a la inversa.Esto indica que la perfección de un proceso estriba en que, para realizar un

objetivo dado, el trabajo no debe emplearse para lograr tal trabajo, si es que éstepuede lograrse de forma total o parcial mediante el empleo de calor.

En consecuencia, el proceso perfecto, el proceso reversible, es aquél que en uninstante dado puede detenerse e invertir la secuencia de estados de recorrido parahacer retornar tanto al sistema como a sus alrededores a sus estados originales.En otras palabras, un proceso es reversible si no deja historia al ser invertido.

Un proceso reversible para un sistema se define como un proceso que una vezque se realiza se puede invertir sin dejar cambio ni en el sistema ni en el entorno.

Considérese un proceso reversible, sin fricción, el trabajo sobre los alrededoresdel sistemas esta dado por:




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Del mismo modo para un sistema abierto que opera en estado estable, conentrada y salida de flujo esta dado por:

Por lo tanto, la fricción en un sistema puede evaluarse de manera cuantitativaen un proceso irreversible si este pasa a través de los mismos estados deequilibrio que atraviesa otro proceso reversible.

Es decir la fricción puede calcularse como la diferencia en trabajo, o ladiferencia en calor, entre el proceso reversible y el proceso real o irreversible siambos recorren los mismos estados de equilibrio. Entonces para un sistemacerrado

Y por unidad de masa:

De la misma manera para un sistema abierto que opera en estado estable, conuna entrada y salida de flujo:

Ciclo Stirling: el medio de trabajo es un gas ideal, el ciclo está constituidobásicamente por dos procesos isotérmicos y dos procesos isométricos reversibles.

a) Proceso isotérmico:(1-2;3-4) un gas se comprime isotérmicamente (Tf)desde unvolumen especifico v1 hasta un volumen especifico v2. Durante este proceso lapresión aumenta y el sistema disipa una cantidad de calor hacia la región que estaa Tf -dTf, en caso contrario; un gas se expande isotérmicamente a unatemperatura constante hasta adquirir su volumen inicial, recibiendo al mismo




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tiempo una cantidad de calor (de entrada) el cual proviene de la región que sehalla a temperatura Tf -dTf.

b) Proceso isométrico: durante este proceso el a volumen constante el gasabsorbe una cantidad de calor, aumentando por ende su temperatura hasta un

valor final. O en caso contrario; un gas se enfría desde una temperatura inicialhasta una temperatura final manteniendo su volumen constante y disipando unacantidad de calor.

Ciclo Ericsson: el medio de trabajo es un gas ideal, el ciclo esta constituido pordos procesos isotérmicos y dos procesos isobáricos.

4. TEMPERATURA TERMODINAMICA.

Dado que la eficiencia de una máquina de Carnot depende de manera únicay exclusiva de las temperaturas absolutas y , la operación de cualquier

máquina externamente reversible constituye un medio para establecer una escalade temperatura independiente de las propiedades físicas de las sustancias. Talescala se denomina Escala termodinámica de temperatura absoluta.

De esto puede expresarse que:

Donde es la magnitud del calor liberado por la máquina reversible y lacantidad de calor absorbido por ella. En consecuencia:Ésta es la escala termodinámica de la temperatura:

La temperatura definida de esta manera es la misma que la de un gas ideal; laescala de temperatura termodinámica y la escala del gas ideal son equivalentes.

5. LA DESIGUALDAD DE CLAUSIUS.

La desigualdad de Clausius es un corolario del Segundo Principio. Se enuncia dela siguiente manera:




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Cuando un sistema recorre un ciclo, si el ciclo es reversible:

Y negativo si es irreversible, es decir, en general

6. DEFINICION MACROSCOPICA DE LA ENTROPIA

La entropía uno de los conceptos fundamentales de la física clásica,introducido en la ciencia por Rudolf Clausius. Desde el punto de vistamacroscópico, la entropía expresa la capacidad de transformación de la energía:cuanto mayor es la entropía de un sistema, tanto menor es la energía en élcontenida capaz de sufrir transformaciones. Mediante el concepto de entropía, se

formula una de las leyes físicas capitales, la ley del aumento de la entropía osegundo principio de la termodinámica, principio que determina el sentido de loscambios energéticos: en un sistema cerrado, la entropía no puede disminuir. Laconsecución del máximo de entropía caracteriza la llegada a un estado deequilibrio en el cual no son ya posibles ulteriores transformaciones energéticas:toda la energía se ha con vertido en calor y se ha producido un estado deequilibrio térmico. Ya los autores del segundo principio –Clausius y WilliamThomson y Lord Kelvin – lo aplicaron al mundo en su conjunto y llegaron a laerrónea conclusión de que es inevitable la denominada muerte térmica deluniverso. El desarrollo ulterior de la física ahondó el contenido del concepto deentropía descubriendo su naturaleza estadística.

A finales del siglo XIX, el físico austriaco Ludwig Boltzmann definió la entropíacomo:

Donde es la constante de Boltzmann ( ) y esel número de microestados accesibles a un macroestado dado.

7. PRINCIPIO DEL INCREMENTO DE ENTROPIA.

La desigualdad de Clausius nos permite definir una nueva propiedad: laentropía.Comenzaremos a definiendo entropía




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En un proceso de transferencia de calor isotermo y reversible el cambio de

entropía es igual

Ahora considérese el proceso donde una cantidad de calor se transfiere desdeel entorno a la temperatura hasta la masa de control a temperatura . Sea el trabajo que se realiza en el proceso. Para este proceso se escribe:

Por tanto el cambio neto de entropía es:

Ahora consideremos el ciclo formado por dos procesos: Uno reversible y otroarbitrario. De esto tenemos:

El signo de la desigualdad nos indica que el cambio de entropía en un sistemacerrado durante un proceso irreversible, es siempre mayor que la transferencia deentropía, es decir, se genera entropía durante un proceso irreversible. A estaentropía se la denomina generación de entropía ( Así se concluye que el

cambio neto de entropía también se podría llamar generación de entropía, y vienedada por:

Un sistema y sus alrededores pueden ser los dos subsistemas de una sistemaaislado, y el cambio de entropía de un sistema aislado durante un proceso es iguala la suma de los cambios de entropía del sistema y su entorno, lo cual recibe elnombre de cambio de entropía total o generación de entropía, . El principio

del incremento de entropía para cualquier proceso se expresa como:




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Esta es la forma general del principio de incremento de entropía y es aplicabletanto a sistemas abiertos como cerrados. Este principio establece que el cambiode entropía total asociado con un proceso deber ser positivo para los procesosirreversibles y cero para los reversibles.La ecuación anterior no implica que la entropía de un sistema o de su entorno nopueda disminuir.El cambio de entropía de un sistema o de sus alrededores puede ser negativodurante un proceso, pero su suma no.El principio del aumento de entropía puede resumirse como sigue:

8. ENTROPIA DE UNA SUSTANCIA PURA.

Para comenzar definiremos una sustancia pura, se considera una sustanciapura aquella que mantiene la misma composición química en todos los estados.Una sustancia pura puede estar conformada por más de un elemento químico yaque lo importante es la homogeneidad de la sustancia.

La entropía es una propiedad extensiva de un sistema. Los valores se dan entablas de propiedades termodinámicas. Las unidades de entropía especifica entablas de vapor, tablas de refrigerante y tablas de amoniaco son

. En las

tablas de vapor a la entropía del liquido saturado a se le asigna el valor decero. En general se usa el término entropía para referirse a la entropía general y ala entropía especifica.

Los cambios de entropía están relacionados con cambios en otras propiedades através de las llamadas relaciones Tds o de Gibbs:

Dos factores pueden cambiar la entropía de una masa fija: la transferencia decalor y las irreversibilidades. Por tanto, en un proceso internamente reversible yadiabático la entropía no cambiará: proceso isoentrópico.




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9. CAMBIO DE ENTROPIA PARA UN GAS IDEAL.

De ante mano sabemos que la ecuación de estado para un gas ideal es el cambio de la energía interna sólo es función de la temperatura. Esto puededemostrarse escribimos la ecuación siguiente

Donde para un gas ideal. Como es una diferencial exacta,

Pero el lado derecho de esta expresión es cero, así

10. EL CICLO DE CARNOT.

Un ciclo de Carnot se muestra en de la parte inferior de este párrafo. Éstepresenta cuatro procesos. Hay dos ramas reversibles adiabáticas y dos ramasreversibles isotérmicas.

Podemos construir un ciclo de Carnot con diversos sistemas, pero los conceptosse pueden demostrar usando un fluido de trabajo familiar, el gas ideal. El sistemase puede considerar como una cámara cerrada por un pistón que está llena deeste gas ideal.

Los cuatro procesos en el ciclo de Carnot son:

1) Proceso isotérmico [1-2]. El sistema está en la temperatura en elestado . Éste está en contacto con un depósito del calor, que es justo una

masa lo bastante grande tal que su temperatura no cambiaapreciablemente cuando una cierta cantidad de calor se transfiere hacia elsistema. Es decir el depósito del calor es una fuente constante de latemperatura o reservorio del calor. El sistema entonces experimenta unaextensión isotérmica de a , con una cantidad de calor absorbido .




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2) Proceso adiabático [2-3]. En el estado , el sistema se aísla termicamante(y se remueve del contacto con el reservorio de calor) y entonces seexpande hasta . Durante esta expansión la temperatura disminuye a . Elintercambio de calor durante esta parte del ciclo es .

3) Proceso isotérmico [3-4]. En el estado el sistema se pone en contactocon un reservorio de calor a temperatura . Entonces el gas se comprimehasta el estado , expeliendo calos en el proceso.

4) Proceso adiabático [4-1]. Finalmente, el sistema se comprimeadiabáticamente de nuevo hasta el estado inicial El intercambio de calor .

La eficacia térmica del ciclo está dada por la definición

En esta ecuación, hay una convención de signos implicada. Las cantidades y son definidas como las magnitudes del calor absorbido y expelido,respectivamente. Mientras que por otro lado, las cantidades y se definen conreferencia al calor recibido por el sistema. En este ejemplo, es negativo y espositivo. El calor absorbido y rechazado por el sistema ocurre durante procesosisotérmicos y con base en sus valores descritos en las secciones anterioresescribimos:

Y

Donde

es negativo a partir de que

Entonces la eficiencia se puede escribir en términos de los volúmenes a diferentesestados




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La trayectoria de los estados hasta y desde hasta es reversible yadiabática. Para un proceso adiabático reversible sabemos que .Utilizando la ecuación de estado del gas ideal, tenemos . A lo largo decurva , por lo tanto .

Mientras que a lo largo de la curva , tenemos . Así,

Al comparar la expresión para la eficiencia térmica con esta última relaciónmuestra dos consecuencias.

Primero, el calor recibido y expelido están relacionados con las temperaturas delas partes isotérmicas del ciclo por

Lo que implica que

Segundo, la eficiencia de del ciclo de Carnot está dada de manera compactaentonces por

11. ENERGIA DISPONIBLE Y NO DISPONIBLE.

La energía disponible se define como la fracción del calor suministrado o cedidopor un sistema, que puede convertirse en trabajo mediante el uso de maquinastérmicas externamente reversibles.

Así mismo, la energía no disponible se define como la fracción de calorsuministrado o cedido por el sistema, ya que no puede convertirse en trabajo nisiquiera por medio de maquinas externamente reversibles.

En general la atmosfera constituye el limite más bajo de temperatura a que puededescargar calor una maquina térmica. Así:




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La energía máxima disponible en un estado particular se puede emplear pararealizar un trabajo en tanto que el estado no se encuentre en las condicionesambientales estándar. Un estado en equilibrio con el ambiente no puedeemplearse para obtener trabajo. Por lo tanto, a las condiciones ambientales de

y

, se les conoce como estado muerto. Una sustancia

tiene una energía máxima disponible en cualquier estado que no esté en equilibriotermodinámico con el estado muerto.

12. ANALISIS DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA PARA UN VOLUMEN DE CONTROL.

Una técnica muy importante en mecánica de fluidos es el análisis a través devolúmenes de control. Esta consiste en re expresar las leyes básicas deconservación para un volumen (con respecto a un sistema de referencia). Así,evaluando los flujos a través de las paredes del volumen podemos calcular

fuerzas, cambios de masa, etc. Un Sistema es la colección arbitraria de masa deidentidad. Es decir, una masa de las mismas partículas para todo .

Para todo proceso, cuando la masa esta en equilibrio con el entorno, no seproduce un cambio de estado espontaneo y la masa será incapaz de realizartrabajo. Si cierta cantidad de calor se transfiere a un sistema a unatemperatura , su entropía, S, satisface

O para un proceso

Donde es la tasa de transferencia de calor.

La entropía del sistema es

Donde es la entropía por unidad de masa.

La segunda ley para un análisis de masa de control esta en forma




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13. DISPONIBILIDAD E IRREVERSIBILIDAD EN FLUJO ESTACIONARIO.

La irreversibilidad es simplemente una medida de la ineficiencia de un procesoreal, ya que mientras menos trabajo real se efectué para un cambio de estadodeterminado de estados de entrada y salida, mayor será la irreversibilidad. La

irreversibilidad será cero en un proceso completamente reversible y en otros casossiempre es mayor que cero.

Relacionando la irreversibilidad con la generación de entropía

Tomando la diferencia entre calor real y reversible encontramos

Para incluir irreversibilidades dentro del volumen de control, se escoge el volumenque abarque todas las partes del espacio en que puede ocurrir una transferenciade calor en una diferencia de temperatura finita. Así, la generación de entropía esmayor y la irreversibilidad es la irreversibilidad total según la siguiente ecuaciónque expresa la irreversibilidad total generada debido a procesos que ocurren en elsistema, incluyendo el entorno.

La disponibilidad por unidad de masa asociado con un sistema cerrado endeterminado estado se define como el trabajo máximo posible que la combinaciónsistema-atmósfera puede realizar, menos el trabajo hecho por el sistema paradesplazar la atmósfera. Esto es:

O, multiplicando por la masa del sistema,

Donde el subíndice 0 se refiere a las propiedades del sistema en el estado muerto.

De lo anterior se concluye que en todos los sistemas termodinámicos, yaque siempre puede obtenerse trabajo útil de un sistema que se encuentra en unestado diferente del estado muerto.




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La disponibilidad es una propiedad compuesta, ya que depende no solo delestado del sistema, sino también de la atmósfera de la referencia. Por otra parte,la disponibilidad solamente puede incrementarse haciendo trabajo sobre elsistema o suministrándole calor por medio de otro sistema que está a temperaturadiferente a la de la atmósfera.

El trabajo máximo desarrollado por un sistema cerrado que intercambia calor solocon la atmósfera y realiza un proceso entre dos estados está relacionado con ladisponibilidad a través de la expansión:

Mientras que el trabajo máximo entre dos estados que un sistema abierto puededesarrollar operando en estado estable e intercambiando calor sólo con laatmósfera se expresa así:

14. INTERPRETACIÓN MICROSCÓPICA DE LA ENTROPÍA.

Desde el punto de vista de la ingeniería, la entropía se debe tratarse como unapropiedad termodinámica, esto es, como la energía interna, la masa, el volumen,etc. Se interpreta en función de la máxima probabilidad termodinámica. Se ha

indicado que esta probabilidad máxima representa categóricamente el estadomicroscópico más probable del sistema y que las desviaciones de dicho estadoson altamente improbables. Esto equivale a decir que la entropía de un sistematotalmente aislado tiende a adquirir su máximo valor y que es altamente peroimprobable que disminuya de este máximo alcanzado. La definición microscópicade la entropía proporciona tanto, la misma información de la ecuación:

Salvo que el principio de incremento de la entropía llega a representar elcomportamiento más probable. Una implicación adicional de la definiciónmicroscópica es la de que la segunda ley de la termodinámica se convierte en un

enunciado acerca del suceso más probable de ocurrir. Por lo tanto ya no se debeutilizar el término imposible.

En un ciclo reversible, la variación de entropía es cero. En todo procesoirreversible la variación de entropía es mayor que cero.




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EJERCICIOS DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

1. Un recipiente rígido y aislado contiene 1kg de nitrógeno en forma de

gas a una presión de 1 bar y a una temperatura de . Mediante un

agitador impulsado por un motor eléctrico, se hacen

de trabajo

sobre el sistema. Calcule el cambio de entropía que experimenta el gas

en este proceso.

Solución

Por ser adiabático el proceso

Ahora calculamos el cambio de entropía.

Integrando

2. Una maquina embolar de vapor (cilindro y pistón), recibe este fluido a

y , el cual se expande isotrópicamente hasta . Si el volumeninterno del cilindro es de 3.2; resolver el problema sustituyendo en formageneral y luego usando las tablas de vapor. Solución.

Dado el sistema cerrado Datos sacados de tablas:

Dado que la presión vale y la entropía en el estado 1 es . Enel estado 2 el vapor está en la región de saturación dado que , locual es menor que a . Se requiere calcular la calidad para

después calcular energía interna.




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3. Un kilogramo de agua líquida se calienta de

a

. Calcule el cambio de

entropía, suponiendo un calor especifico constante y compare el resultado conel que se obtiene al usar tablas de vapor.Solución

Se conoce el estado inicial y el final, de aquí tenemos que el calor específicoes contante, de donde tenemos:

Comparando este resultado con el de las tablas de vapor de libro deTermodinámica de D. Burgardht:

4. Calcule el trabajo por kilogramo para bombear agua isotrópicamente de . Y hasta .

Solución:

Como es un proceso reversible y adiabático, ignorando los cambios de energíacinética y potencial:

Como se conocen la presión y entalpia, por tanto entropía, se puede determinar eltrabajo a partir de la primera ley, aunque como el proceso es reversible, también lasegunda ley es validaDe tablas de vapor,

5. Una maquina de Carnot opera entre temperaturas de 500º C y 25ºC.Determine su eficiencia térmica.

Solución:




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Con la ecuación siguiente

O bien:

6. Para calentar un edificio durante el invierno se emplea una bomba térmica deCarnot. El aire exterior se encuentra a 10ºC y se desea mantener el interior deledificio a 25ª C. Mediante un análisis previo de transferencia de calor, seestima que las pérdidas de calor del edificio hacia el exterior sonaproximadamente de 50 000 Kcal/h.

a) Determine el flujo de calor absorbido por la bomba.b) Determine la potencia requerida para lograr el calentamientoc) Si la calefacción se hiciera mediante calentadores eléctricos. Calcule la

potencia que requerirían.

Solución:

a) Datos:

Tenemos que, por balance de energía

Sustituyendo

Empleando la ecuación de energía eléctrica de forma directa para la calefacción,los calentadores eléctricos requerirán una potencia de:




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7. Calcular el cambio de entropía de 3kg. aire desde a con unapresión inicial de

a

.

Solución:

Usando la tabla A.2 del libro Termodinámica de D. Burgardht:A 300 K:

Para 800 K: 8. Por un calentador para el agua de alimentación fluyen de agua a

y , que se calientan a partir de dos fuentes.Una fuente adiciona desde un deposito a y la otra adiciona latransferencia de calor desde un deposito a , de modo que la condición delagua en la salida es de y . Determine la transferencia de calorreversible, el trabajo reversible y la irreversibilidad

Solución:

Como se tiene un solo flujo de entrada y salida con dos flujos de transferencia decalor, no existe trabajo ni transferencia de calor con el entorno a .Para el calentador de agua de alimentación real, la ecuación de energía seconvierte en:

En las tablas de vapor, las propiedades de estado de entrada y salida son:

La transferencia de calor se determina a partir de la ecuación de energía en laforma

La transferencia de calor reversible es entonces:




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El trabajo reversible es:

9. Una maquina termodinámica funciona con base en el ciclo de Carnot. Produce cuando trabaja entre temperaturas de y . Determinar laeficiencia y calor suministrado

Solución:

10.Un recipiente rígido y aislado de 0.1 de volumen contiene aire a una presiónde 2 bar a una temperatura de . Mediante un agitador impulsado por unmotor eléctrico, se hace trabajo sobre el sistema, incrementándose latemperatura del aire hasta . Una vez terminado el proceso, determina lafracción máxima de energía invertida que puede recuperarse como trabajo.Suponga que la temperatura ambiente es de .

Solución

El incremento de energía interna que experimenta el aire puede recuperarse comocalor enfriando el sistema de a , siendo un proceso isométrico deenfriamiento

La entropía está dada por:

Por tanto, la magnitud de la energía no disponible es igual a:

Así la energía disponible que se puede recuperarse de los es:




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CONCLUSIONES.

Bueno, de este trabajo concluyo que esta V unidad “Segunda ley de la

termodinámica” realmente estuvo muy interesante ya que pudimos darnos cuentadel planteamiento de lo que es en sí la segunda ley de la termodinámica, susconceptos, axiomas y todos las propiedades con las que se relaciona en general,

Como se dijo en un principio este trabajo se realizó con la finalidad de entender elfuncionamiento y las aplicaciones de la segunda ley de la termodinámica ennuestra vida diaria y más para nosotros que como ingenieros estaremosutilizándola durante todo el desarrollo de nuestra profesión o al menos en parte de.

Para finalizar puedo resumir con lo siguiente lo que entendí de esta V unidad delcurso de termodinámica:

Lo que entendí es que la segunda ley de la termodinámica establece que eltrabajo es una forma de energía la cual tiene un valor principal respecto al calor yaque, como se vino mencionando en el trabajo, el calor puede convertirse entrabajo pero no en su totalidad. También establece que el calor pasa de una regiónde mayor temperatura a otra de menor temperatura. Y además que hay variosprocesos mediante los cuales podemos calcular el calor o trabajo en sus distintasetapas dependiendo mayormente del sistema en el que se encuentre.

BIBLIOGRAFIA.

Manrique José A.,”Termodinámica”, Editorial Oxford, Tercera Ed.

Burghardt M. David, “Ingeniería Termodinámica”, Editorial Harla, S.A. de C.V.

http://www.astronoo.com/articles/entropia-es.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Segunda_ley_de_la_termodin%C3%A1mica

http://www.monografias.com/trabajos/termoyentropia/termoyentropia.shtml

http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Entropy#Microscopic_definition_of_entrop y_.28statistical_mechanics.29





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