termo unidad 5

8/18/2019 termo unidad 5

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y

EléctricaUnidad Ticomán

Termodinámica

Portafolio de Evidencias2do Parcial

Nomre! Silverio Romero Luis Gabriel

Maestro! Pedro Valdez

"rupo! 3av1


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UNIDAD V SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

La termodinámica,

por su parte, no

ofrece una

explicación física

de la entropía,

que queda

asociada a lacantidad de

energía no

utilizable de un

sistema. Sin

embargo, esta

interpretación

meramente

fenomenológica de la entropía es totalmente consistente con sus interpretaciones

estadísticas. Así, tendrá más entropía el agua en estado gaseoso con sus

moléculas dispersas y aleadas unas de las otras que la misma en estado líquido

con sus moléculas más untas y más ordenadas.

!l primer principio de la termodinámica dictamina que la materia y la energía no se

pueden crear ni destruir, sino que se transforman, y establece el sentido en el que

se produce dic"a transformación. Sin embargo, el punto capital del segundo

principio es que, como ocurre con toda la teoría termodinámica, se refiere #nica y

exclusi$amente a estados de equilibrio. %oda definición, corolario o concepto que

de él se extraiga sólo podrá aplicarse a estados de equilibrio, por lo que,

formalmente, parámetros tales como la temperatura o la propia entropía quedarán

definidos #nicamente para estados de equilibrio. Así, seg#n el segundo principio,

cuando se tiene un sistema que pasa de un estado de equilibrio A a otro &, la

cantidad de entropía en el estado de equilibrio & será la máxima posible, e

ine$itablemente mayor a la del estado de equilibrio A.

!$identemente, el sistema sólo "ará trabao cuando esté en el tránsito del estado

de equilibrio A al & y no cuando se encuentre en uno de estos estados. Sin

Es una de las leyes más importantes de la física# aun pudiéndose formular

de muc$as maneras todas lleva a la e%plicaci&n del concepto de


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embargo, si el sistema era cerrado, su energía y

cantidad de materia no "an podido $ariar' si la

entropía debe de maximizarse en cada transición

de un estado de equilibrio a otro, y el desorden

interno del sistema debe aumentar, se $e

claramente un límite natural( cada $ez costará más

extraer la misma cantidad de trabao, pues seg#n

la mecánica estadística el desorden equi$alente

debe aumentar exponencialmente.Suponiendo estados iniciales y (nales

de e)uilirio* el principio estalece

)ue los sistemas físicos saltan de un

estado con cierto orden a un estado

menos ordenado* aumentando su

entropía' El proceso inverso es

imposile de forma espontánea'


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MAQUINAS TERMICAS


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CONVERSION EFICIENTE DE LA ENERGIA

Una má)uina térmica es un con+unto de elementos mecánicos )ue

permite intercamiar energía* generalmente a través de un e+e*

mediante la variaci&n de energía de un ,uido )ue varía su densidad

signi(cativamente al atravesar la má)uina' Se trata de una má)uina de

,uido en la )ue varía el volumen especí(co del ,uido en tal magnitud

)ue los efectos mecánicos y los efectos térmicos son interdependientes'

-tendiendo al principio de funcionamiento* las má)uinas térmicas se clasi(can en!

Máquinas volumétricas o máquinas de desplaamiento positivo* cuyo funcionamientoestá asado en principios mecánicos e $idrostáticos* de manera )ue el ,uido en alg.n instante

está contenido en un volumen limitado por los elementos de la má)uina' En este tipo de

má)uinas el ,u+o es pulsatorio'

Tur!omáquinas" cuyo funcionamiento está asado en el intercamio de cantidad demovimiento entre el ,uido y un rodete' En estas má)uinas el ,u+o es continuo'

/as má)uinas térmicas puedenclasi(carse* seg.n el sentido de

transferencia de energía* en!

Máquinas térmicas motoras* enlas cuales la energía del ,uido

disminuye al atravesar la má)uina*

oteniéndose energía mecánica en

el e+e'

Máquinas térmicas

#eneradoras* en las cuales laenergía del ,uido aumenta al


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La eficiencia energética está relacionada con todo el ciclo energético, desde la

generación y transmisión de la energía "asta su distribución y consumo' "ace

referencia al uso de sistemas y estrategias que permiten reducir las pérdidas

asociadas a todas y cada una de estas fases.

!sto supone actuaciones tan dispares como utilizar sistemas de con$ersión deenergía primaria más eficientes, emplear líneas de transporte y distribución con

menores pérdidas energéticas, meorar la con$ersión de la electricidad en los

aparatos destinados al consumo y el fomento de un uso racional de la energía.

!ficiencia energética en generación

La eficiencia energética en generación pasa por el desarrollo de nue$astecnologías capaces de lograr eficiencias mayores en la con$ersión de las fuentesde energía primaria en electricidad, así como fomentar una mayor utilización de

tecnologías ya existentes que presentan mayores eficiencias.

)or tanto, existen numerosas líneas de actuación posibles, aunque quizá las másimportantes sean las siguientes(

• *omento del uso de centrales de ciclo combinado en países en $ías de

desarrollo. !ste tipo de centrales se basa en la coexistencia de dos ciclostermodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabao es el$apor de agua y otro cuyo fluido de trabao es un gas producto de unacombustión. )resentan una alta eficiencia, ya que se obtienen rendimientossuperiores al de una central de ciclo #nico, generando además menos

emisiones contaminantes. !n países desarrollados que ya lo emplean sedeberían estudiar técnicas de "ibridación con fuentes de energía reno$able,como la energía solar térmica.

• +tra posible $ía sería la meora de la eficiencia de los equipos de

generación, como las turbinas o las calderas. Se trata de una línea deactuación claramente $inculada a la --i.

• *omentar el desarrollo de sistemas "íbridos para meorar la eficiencia de

las energías reno$ables.

• *omentar el uso de la cogeneración. La generación conunta de energíatérmica y eléctrica supone una mayor eficiencia, ya que la energía primariaempleada es menor que si "ay que producir estas mismas energías porseparado. Además, al ser un sistema de generación distribuida, e$itapérdidas y costes de transporte y distribución.


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• *omentar la generación distribuida y semidistribuida para e$itar la

necesidad de transportar la energía con las consiguientes pérdidas, o almenos disminuir la cantidad de energía que es preciso transportar.

Aumento de la eficiencia de con$ersión

• !l aumento en la eficiencia de con$ersión pasa por el desarrollo y

utilización generalizado de tecnologías que permitan reducir de manerasignificati$a el consumo energético. !ste concepto puede ser aplicado tantoal ámbito doméstico /alumbrado de bao consumo, electrodomésticos máseficientes, etc.0 como al industrial o del transporte /$e"ículos más limpios yeficientes, neumáticos con menor fricción, etc.0.

• A modo de eemplo, la etiqueta energética /$er *igura 10 que los

electrodomésticos $endidos en la 2nión !uropea deben lle$arobligatoriamente indica, entre otros aspectos, el consumo energético.

•


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REFRIGERADORES

Un refrigerador es un dispositivo cuyo o+etivo es e%traer calor de un cuerpo a una

cierta temperatura y cederlo a otro )ue se encuentra a una temperatura superior'Para ello utili0a de una sustancia de traa+o 1vapor de agua* aire u otras sustancias

)ue reali0a una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica* para

)ue pueda funcionar de forma continua* como sucede con las má)uinas térmicas'


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BOMBAS DE CALOR

Se denomina &omba de 3alor a la máquina que permite transferir o 4bombear4

calor de un medio frío "acia un medio más caliente.

2na bomba de calor es un dispositi$o que

aplica trabao externo para extraer una

cantidad de calor 53 de un foco frío y

entregar calor 56 a un foco caliente. La

bomba está sueta a las mismas

limitaciones de la segunda ley de la

termodinámica como cualquier otro motor

térmico, y por lo tanto se puede calcular

la máxima eficiencia a partir del ciclo de

3arnot. Las bombas de calor, se

caracterizan normalmente por un coeficiente de rendimiento /3+)0, que es el

n#mero de unidades de energía entregada al foco caliente, por unidad de trabao

de entrada.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/seclaw.html#c1http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/seclaw.html#c1http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/carnot.html#c1http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/carnot.html#c1http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heatpump.html#c3http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/carnot.html#c1http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/carnot.html#c1http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heatpump.html#c3http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/seclaw.html#c1http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/seclaw.html#c1


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EL CICLO DEL CARNOT

Se define ciclo de 3arnot como un proceso cíclico re$ersible que utiliza un gas

perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas, tal

como se muestra en la figura.

La representación gr!ica "e# cic#$ "e Carn$t en %n "iagra&a p'V es e# sig%iente

%ramo A7& isoterma a la temperatura %1

%ramo &73 adiabática

%ramo 37 isoterma a la temperatura %8

%ramo 7A adiabática


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!n cualquier ciclo, tenemos que obtener a partir de los datos iniciales(

• La presión, $olumen de cada uno de los $értices.

• !l trabao, el calor y la $ariación de energía interna en cada una de los

procesos.

• !l trabao total, el calor absorbido, el calor cedido, y el rendimiento del ciclo.

Los datos iniciales son los que figuran en la tabla adunta. A partir de estos datos,

"emos de rellenar los "uecos de la tabla.

Varia(#es A B C D

)resión p *at&+ p A

V$#%&en , *#itr$s+ , A , B

Te&perat%ra T *-

+

T . T . T / T /

Las etapas del ciclo

)ara obtener las $ariables y magnitudes desconocidas emplearemos las fórmulasque figuran en el cuadro7resumen de las transformaciones termodinámicas.

1. %ransformación A79& /isoterma0

La presión p& se calcula a partir de la ecuación del gas ideal

:ariación de energía interna

%rabao

3alor

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo1/termo1.html#Cuadro-resumen%20de%20las%20transformaciones%20termodin%C3%A1micashttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo1/termo1.html#Cuadro-resumen%20de%20las%20transformaciones%20termodin%C3%A1micas


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8. %ransformación &793 /adiabática0

La ecuación de estado adiabática es o bien, . Se

despea $c de la ecuación de la adiabática . 3onocido $c y %8 se

obtiene pc, a partir de la ecuación del gas ideal. .

3alor


%rabao

;. %ransformación 379 /isoterma0


%rabao

3alor


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!l ciclo completo

• :ariación de energía interna

!n un proceso cíclico re$ersible la $ariación de energía interna es cero

• %rabao

Los trabaos en las transformaciones adiabáticas son iguales y opuestos. A partir

de las ecuaciones de las dos adiabáticas, la relación entre los $ol#menes de los

$értices es , lo que nos conduce a la expresión final para el trabao.

• 3alor

!n la isoterma %1 se absorbe calor 59= ya que $&9$ A de modo que

!n la isoterma %8 se cede calor 5>= ya que $>$3

• ?endimiento del ciclo

Se define rendimiento como el cociente entre el trabao realizado y el calor

absorbido


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@otor y frigorífico

2n motor de 3arnot es un dispositi$o ideal que describeun ciclo de 3arnot. %rabaa entre dos focos, tomando

calor 51del foco caliente a la temperatura %1,

produciendo un trabao , y cediendo un calor 58 al

foco frío a la temperatura %8.

!n un motor real, el foco caliente está representado por

la caldera de $apor que suministra el calor, el sistema

cilindro7émbolo produce el trabao y se cede calor al

foco frío que es la atmósfera.

La máquina de 3arnot también puede funcionar en

sentido in$erso, denominándose entonces frigorífico.

Se extraería calor 58 del foco frío aplicando un

trabao , y cedería 51 al foco caliente.

!n un frigorífico real, el motor conectado a la red

eléctrica produce un trabao que se emplea en extraer

un calor del foco frío /la ca$idad del frigorífico0 y se

cede calor al foco caliente, que es la atmósfera.

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