Tema 6 - EL SEGUNDO PRINCIPIO - Tecnun

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6.8 Tema 6 - El Segundo PrincipioEn esta inecuación, diremos que si se cumple el signo igual (W = 0), el ciclo es reversible;y si se cumple el signo menor (W < 0), el ciclo es irreversible.5. CONSECUENCIAS DEL SEGUNDO PRINCIPIO5.1 COROLARIOS DEL SEGUNDO PRINCIPIOS PARA CICLOSTambién llamados corolarios de Carnot. Se aplican a máquinas bitermas (con dos focos).Corolario 1: El rendimiento térmico de un ciclo de potencia irreversible es siempremenor que el rendimiento térmico de un ciclo de potencia reversible, cuando ambosoperan entre los mismos dos focos térmicos.Corolario 2: Todos los ciclos de potencia reversibles que operan entre los dos mismosfocos térmicos tienen el mismo rendimiento.Foco caliente (alta temperatura)Q cQ cW RMáquina MáquinaWRevIrrevIQ f Q’ fFoco frío (baja temperatura)Figura 6.7 – Demostración del primer corolario de Carnot: dos máquinas bitermas(una reversible y la otra irreversible) que trabajan entre los mismos focos, y recibenel mismo calor Q c del foco caliente. Si se invierte la máquina reversible, el conjuntoes una máquina irreversible que opera con un solo foco (el frío): el trabajo neto seráW I – W R < 0 ⇒ W I /Q c – W R /Q c < 0 ⇒ η I < η R .
Consecuencias del Segundo Principio 6.9Foco caliente (alta temperatura)Q cQ cW R1Máquina MáquinaWRev 1 Rev 2R2Q f Q’ fFoco frío (baja temperatura)Figura 6.8 – Demostración del segundo corolario de Carnot: dos máquinas bitermasreversibles que trabajan entre los mismos focos, y reciben el mismo calor Q c del fococaliente. Si se invierte una de ellas, el conjunto es una máquina reversible que operacon un solo foco (el frío): el trabajo neto será W R2 – W R1 = 0 ⇒ W R2 /Q c – W R1 /Q c = 0⇒ η R1 = η R2 .5.2 LA ESCALA KELVIN DE TEMPERATURAHemos visto que el rendimiento de todas las máquinas térmicas reversibles que operanentre dos focos dados es el mismo, y no depende de ninguna característica de la propiamáquina, tales como: el diseño, el fluido de trabajo, el modo de operación, etc. Mientrasla máquina sea reversible, el rendimiento sólo depende de los dos focos.La propiedad que caracteriza un foco es su temperatura. Dos focos a la misma temperaturapueden considerarse como el mismo foco. Por tanto, el rendimiento de una máquinatérmica reversible debe depender solamente de las temperaturas de los focos:ηRevQfQf= 1−= ϕ(Tc, Tf) ∴ = 1−ϕ(Tc, Tf)[6.6]QQcco lo que es lo mismo,Q c = f ( Tc, Tf)Q[6.7]fConsideramos ahora tres máquinas bitermas reversibles A, B y C operando entre tresfocos térmicos a temperaturas T 1 , T 2 y T 3 , como se muestra esquemáticamente en laFigura 6.9.La máquina A retira Q 1 del foco caliente a T 1 , y vierte Q 3 al foco frío a T 3 . Supongamosuna combinación de ciclos completos de A y B tales que la máquina B retira exactamenteel mismo calor Q 1 del foco caliente a T 1 , y comunica Q 2 a un foco intermedio a T 2 .Del mismo modo, suponemos que la máquina C toma la misma cantidad Q 2 del foco aT 2 , y comunica Q’ 3 al foco frío a T 3 . El calor neto intercambiado con el foco a T 2 es nulo;por tanto, si consideramos la combinación de B+C y el foco intermedio como una
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