Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 6
energía a alta temperatura se puede convertir en trabajo, por lo tanto tiene una
calidad mayor que esa misma cantidad de energía a una temperatura menor.
La segunda ley de la termodinámica se usa también para determinar los
límites teóricos en el desempeño de sistemas de ingeniería de uso ordinario,
como máquinas térmicas y refrigeradores, así como predecir el grado de terminación
de las reacciones químicas. La segunda ley está también estrechamente
asociada con el concepto de perfección. De hecho, la segunda ley define la
perfección para los procesos termodinámicos. Se puede usar para cuantificar
el nivel de perfección de un proceso y señalar la dirección para eliminar eficazmente
las imperfecciones.
Proceso
Primera ley
Segunda ley
FIGURA 6-5
Un proceso debe satisfacer tanto la
primera como la segunda leyes de la
termodinámica para que se pueda llevar
a cabo.
6-2 ■ DEPÓSITOS DE ENERGÍA TÉRMICA
En el desarrollo de la segunda ley de la termodinámica, es muy conveniente tener
un hipotético cuerpo que posea una capacidad de energía térmica relativamente
grande (masa calor específico) que pueda suministrar o absorber cantidades
finitas de calor sin experimentar ningún cambio de temperatura. Tal cuerpo se
llama depósito de energía térmica, o sólo depósito. En la práctica, los grandes
cuerpos de agua, como océanos, lagos y ríos, así como el aire atmosférico, se
pueden modelar de manera precisa como depósitos de energía térmica debido a
sus grandes capacidades de almacenaje de energía o masas térmicas (Fig. 6-6).
La atmósfera, por ejemplo, no se calienta como resultado de las pérdidas de
calor ocurridas en invierno desde edificios residenciales. Del mismo modo, los
megajoules de energía de desecho que las plantas de energía arrojan en grandes
ríos no causan un cambio significativo en la temperatura del agua.
También es posible modelar un sistema de dos fases como un depósito, ya
que puede absorber y liberar grandes cantidades de calor mientras permanece
a temperatura constante. Otro ejemplo común de un depósito de energía térmica
es el horno industrial. Las temperaturas de la mayoría de los hornos se
controlan con cuidado, por lo que son capaces de suministrar de una manera
esencialmente isotérmica grandes cantidades de energía térmica en forma de
calor. Por lo tanto, se pueden modelar como depósitos.
Un cuerpo no tiene que ser muy grande para considerarlo como un depósito;
cualquier cuerpo físico cuya capacidad de energía térmica es grande con
respecto a la cantidad de energía que suministra o absorbe se puede modelar
como depósito. El aire en una habitación, por ejemplo, se puede considerar un
depósito en el análisis de la disipación de calor desde un aparato de televisión
que se encuentra en la habitación, puesto que la cantidad de transferencia de
energía del aparato hacia la habitación no es tan grande como para tener un
efecto notable en la temperatura del aire de la habitación.
Un depósito que suministra energía en la forma de calor se llama fuente, y
otro que absorbe energía en la forma de calor se llama sumidero (Fig. 6-7).
Los depósitos de energía térmica suelen denominarse depósitos de calor porque
proveen o absorben energía en forma de calor.
La transferencia de calor desde fuentes industriales hacia el ambiente es
de interés primordial para los ambientalistas, así como para los ingenieros. El
manejo irresponsable de la energía de desecho puede incrementar de manera
importante la temperatura del ambiente en algunas de sus porciones, lo cual
causa la llamada contaminación térmica. Si no se controla con cuidado, este
tipo de contaminación puede perturbar seriamente la vida marina en lagos
y ríos. Sin embargo, mediante diseños y manejos cuidadosos, la energía de
desecho arrojada a los grandes cuerpos de agua se puede usar para mejorar la
calidad de la vida marina al mantener dentro de los niveles seguros y deseables
los incrementos de temperatura locales.
Río
Atmósfera
Océano
Lago
FIGURA 6-6
Los cuerpos con masas térmicas relativamente
grandes se pueden modelar como
depósitos de energía térmica.
Energía térmica
Fuente
Calor
Calor
Energía térmica
Sumidero
FIGURA 6.7
Una fuente suministra energía en forma
de calor y un sumidero la absorbe.