Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
El enunciado de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinámica
establece que ninguna máquina térmica puede
producir una cantidad neta de trabajo mientras intercambia
calor con un solo depósito. El enunciado de Clausius de la
segunda ley expresa que ningún dispositivo puede transferir
calor de un cuerpo más frío a otro más caliente sin dejar un
efecto sobre los alrededores.
Cualquier dispositivo que viola la primera o la segunda ley de la
termodinámica se llama máquina de movimiento perpetuo.
Se dice que un proceso es reversible si tanto el sistema
como los alrededores pueden volver a su condición original.
Cualquier otro proceso es irreversible. Los efectos que hacen
que un proceso sea irreversible son la fricción, la expansión o
compresión de no cuasiequilibrio y la transferencia de calor
debida a una diferencia finita de temperatura, las cuales se
denominan irreversibilidades.
El ciclo de Carnot es un ciclo reversible compuesto por cuatro
procesos reversibles, dos isotérmicos y dos adiabáticos. Los
principios de Carnot establecen que las eficiencias térmicas de
las máquinas térmicas reversibles que operan entre dos depósitos
son las mismas, y que ninguna máquina de este tipo es más
eficiente que una reversible que opera entre los mismos dos
depósitos. Estos enunciados crean el fundamento para establecer
una escala termodinámica de temperatura relacionada con
las transferencias de calor entre un dispositivo reversible y los
depósitos a alta y baja temperaturas, por medio de
Q H
Q L
rev
Por lo tanto, la relación Q H /Q L se puede reemplazar por T H /
T L para dispositivos reversibles, donde T H y T L son las temperaturas
absolutas de los depósitos de temperaturas alta y baja,
respectivamente.
Una máquina térmica que opera en un ciclo reversible de
Carnot se llama máquina térmica de Carnot. La eficiencia térmica
de una máquina térmica de Carnot, así como de las otras
máquinas térmicas reversibles está expresada por
Ésta es la eficiencia máxima que puede tener una máquina térmica
que opera entre dos depósitos a temperaturas T H y T L .
Los COP de refrigeradores reversibles y las bombas de
calor se obtienen de una manera similar,
y
ter,rev 1
COP R,rev
1
T H T L 1
1
COP HP,rev
1 T L T H
T H
T L
T L
T H
De nuevo, éstos son los COP más altos que puede tener un
refrigerador o una bomba de calor que opera entre los límites
de temperatura T H y T L .
REFERENCIAS Y LECTURAS RECOMENDADAS
1. ASHRAE, Handbook of Refrigeration, Versión SI, Atlanta,
Georgia, American Society of Heating, Refrigerating, and
Air-Conditioning Engineers, Inc., 1994.
2. D. Stewart, “Wheels Go Round and Round, but Always
Run Down”, noviembre de 1986, Smithsonian, pp. 193-
208.PROBLEMAS*
3. J. T. Amann, A. Wilson y K. Ackerly, Consumer Guide
to Home Energy Saving, 9a. ed., American Council for an
Energy-Efficient Economy,Washington, D. C., 2007.
PROBLEMAS*
Segunda ley de la termodinámica y depósitos
de energía térmica
6-1C Describa un proceso imaginario que satisfaga la primera
ley pero que viole la segunda ley de la termodinámica.
6-2C Describa un proceso imaginario que satisfaga la segunda
ley pero viole la primera ley de la termodinámica.
6-3C Describa un proceso imaginario que viole tanto la primera
como la segunda leyes de la termodinámica.
6-4C Un experimentador asegura haber subido la temperatura
de una pequeña cantidad de agua a 150 °C transfiriendo
calor de vapor a alta presión a 120 °C. ¿Es ésta una aseveración
razonable? ¿Por qué? Suponga que no se usa en el proceso
ni refrigerador, ni bomba de calor.
6-5C ¿Qué es un depósito de energía térmica? Dé algunos
ejemplos.
6-6C Considere el proceso de hornear papas en un horno convencional.
¿Se puede considerar el aire caliente del horno como
un depósito térmico? Explique.
6-7C Considere la energía generada por un televisor. ¿Cuál
es una selección adecuada para depósito de energía térmico?
* Los problemas marcados con “C” son preguntas de concepto, y se
exhorta a los estudiantes a contestarlas todas. Los problemas marcados
con una “E” están en unidades inglesas, y quienes utilizan unidades SI
pueden ignorarlos. Los problemas con un ícono son de comprensión
y se recomienda emplear un software como EES para resolverlos.