Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 6
Un proceso se denomina internamente reversible si no ocurren irreversibilidades
dentro de las fronteras del sistema durante el proceso. Durante un
proceso internamente reversible, un sistema pasa por una serie de estados de
equilibrio, y cuando se invierte el proceso, el sistema pasa por los mismos
estados de equilibrio mientras vuelve a su estado inicial. Es decir, las trayectorias
de los procesos inverso y directo coinciden para un proceso internamente
reversible. El proceso de cuasiequilibrio es un ejemplo de un proceso
internamente reversible.
Un proceso es denominado externamente reversible si no ocurren irreversibilidades
fuera de las fronteras del sistema durante el proceso. La transferencia
de calor entre un depósito y un sistema es un proceso externamente reversible si
la superficie exterior del sistema está a la temperatura del depósito.
Se le denomina a un proceso totalmente reversible, o nada más reversible,
si no tiene que ver con irreversibilidades dentro del sistema o sus alrededores
(Fig. 6-35). En un proceso de este tipo no hay transferencia de calor
debida a una diferencia finita de temperatura, ni cambios de no cuasiequilibrio
y tampoco fricción u otros efectos disipadores.
Como ejemplo, considere la transferencia de calor de dos sistemas idénticos
que experimentan un proceso de cambio de fase a presión constante (y
por ende, a temperatura constante), como se muestra en la figura 6-36. Ambos
procesos son internamente reversibles, porque se llevan a cabo de forma isotérmica
y ambos pasan por exactamente los mismos estados de equilibrio. El
primer proceso mostrado es también externamente reversible, ya que la transferencia
de calor para este proceso tiene lugar debido a una diferencia de temperatura
infinitesimal dT. Sin embargo, el segundo proceso es externamente
irreversible, ya que hay transferencia de calor ocasionada por una diferencia
finita de temperatura T.
Ninguna
irreversibilidad
fuera del
sistema
Ninguna
irreversibilidad
dentro del
sistema
FIGURA 6-35
Un proceso reversible no involucra irreversibilidades
internas y externas.
6-7 ■ EL CICLO DE CARNOT
Se mencionó anteriormente que las máquinas térmicas son dispositivos cíclicos
y que el fluido de trabajo de una de estas máquinas vuelve a su estado
inicial al final de cada ciclo. Durante una parte del ciclo el fluido realiza trabajo
y durante otra se hace trabajo sobre el fluido. La diferencia entre estos
dos trabajos es el trabajo neto que entrega la máquina térmica. La eficiencia
del ciclo de una máquina térmica depende en gran medida de cómo se ejecute
cada uno de los procesos que constituyen el ciclo. El trabajo neto y, por
lo tanto, la eficiencia del ciclo, se pueden maximizar mediante procesos que
requieren la mínima cantidad de trabajo y entregan lo más posible, es decir,
mediante procesos reversibles. Por lo tanto, no es sorprendente que los ciclos
más eficientes sean los reversibles, o sea, ciclos que consisten por completo
en procesos reversibles.
20 °C
20 °C
Frontera
a 20 °C
Calor
Depósito de energía
térmica a 20.000 ...1 °C
Calor
Depósito de energía
térmica a 30 °C
a) Totalmente reversible b) Internamente reversible
FIGURA 6-36
Procesos de transferencia de calor
total e internamente reversibles.