Bladei.docx

1. INTRODUCCION En el siguiente trabajo haremos un estudio de los conceptos básicos de la termodinámica como el estado y equilibrio, procesos y ciclos, etc.

2. PROPOSITO El principal propósito de este trabajo es obtener el conocimiento necesario para la fácil comprensión de la materia a partir de nuestro aprendizaje.

3. PROBLEMA La falta de conocimiento acerca de estas variables es la principal problemática presente

4. SOLUCION Debido al problema planteado, por lo tanto se recurrirá a revisar una cita bibliográfica específica de la biblioteca personal

5. METODOLOGIA Para realizar el presente trabajo se utilizó el MÉTODO DE LECTURA CRÍTICA O EVALUATIVA, ¿CUÁL ES EL EJE DE LO QUE ESTÁ ESCRITO? -

SISTEMA

-

PROCESO

-

ESTADO

-

TEMPERATURA

-

PRESION

¿QUE NO ESTA ESCRITO Y SUGIERE LA LECTURA?

En la lectura que realizamos no se pudo apreciar una tabla de valores que se asume en condiciones normales ni tampoco la relación de la densidad de los fluidos, nos sugiere que debemos tener un criterio acerca de ciertos conceptos dados y relacionarlos en la termodinámica.

¿QUE PLANTEA ESTA LECTURA? Nos plantea la relación de la termodinámica con las propiedades de los sistemas tales como la temperatura, presión, etc. Así mismo nos ayuda a comprender conceptos básicos de la termodinámica. 6. RESULTADOS

AUTOR: Yunes A Cengel-MIchael A Boles.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA La incapacidad de la primera ley de identificar si un proceso puede llevarse a cabo es remediado al introducir otro principio general, la segunda ley de la termodinámica. La primera ley no restringe la dirección de un proceso, pero satisfacerla no asegura que el proceso ocurrirá realmente. Cuando los procesos no se pueden dar, esto se puede detectar con la ayuda de una propiedad llamada entropía. Un proceso no sucede a menos que satisfaga la primera y la segunda ley de la Termodinámica. El empleo de la segunda ley de la termodinámica no se limita a identificar la dirección de los procesos. La segunda ley también afirma que la energía tiene calidad, así como cantidad. La primera ley tiene que ver con la cantidad y la transformación de la energía de una forma a otra sin importar su calidad. Preservar la calidad de la energía es un interés principal de los ingenieros, y la segunda ley brinda los medios necesarios para determinar la calidad, así como el nivel de degradación de la energía durante un proceso. La naturaleza establece que el total de energía asociada con una fuente térmica nunca puede ser transformada íntegra y completamente en trabajo útil. De aquí que

todo el trabajo se puede convertir en calor pero no todo el calor puede convertirse en trabajo.

Definición de Kelvin-Planck “Es imposible construir un aparato que opere ciclicamente, cuyo único efecto sea absorver calor de una fuente de temperatura

y convertirlo en una

cantidad equivalente de trabajo”.

Definición de Clausius “Es imposible construir un aparato que opere en un ciclo cuyo único efecto sea transferir calor desde una fuente de baja temperatura a otra de temperatura mayor”.

DEPÓSITOS DE ENERGÍA TÉRMICA Es un aparato que opera continuamente o cíclicamente y ejecuta una cierta cantidad de trabajo como resultado de la transferencia de calor de una fuente de alta temperatura a otra de temperatura baja. La máquina térmica permite obtener un sistema que opera en un ciclo con un trabajo positivo y una transmisión de calor positiva.

corresponde a un esquema de la central eléctrica de vapor la cual se encaja en la definición de máquina térmica. El esquema es bastante simplificado y el estudio de las centrales eléctricas de vapor reales, se estudia en el punto correspondiente al ciclo Rankine. Las diferentes cantidades que muestra la Figura 2.21 son: QH:

cantidad de calor suministrada al vapor en la caldera desde una fuente de

alta temperatura (quemador de la caldera) QL:

cantidad de calor liberado del vapor en el condensador en un sumidero de

baja temperatura (agua de enfriamiento) WT:

cantidad de trabajo entregado por el vapor cuando se expande en la

turbina. WB:

cantidad de trabajo requerido para comprimir el agua a la presión de la

caldera. EFICIENCIA TÉRMICA Es la medida del rendimiento de una máquina térmica y se define como la relación entre el trabajo neto obtenido y el calor suministrado al fluido de trabajo

como la suma de los calores es igual a la suma de los trabajos para un sistema que efectúa un ciclo, el trabajo neto se puede expresar como:

REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR

Es un aparato que opera continuamente o cíclicamente, requiere trabajo y lleva a cabo el objetivo de transferir calor desde un cuerpo de baja temperatura a otro de temperatura mayor. El fluido de trabajo utilizado en el ciclo de refrigeración se llama refrigerante. El ciclo de refrigeración que se usa con mayor frecuencia es el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, que incluye cuatro componentes principales: un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador, como se muestra en la Figura 2.22. La máquina frigorífica puede trabajar como un refrigerador o como una bomba de calor. Los refrigeradores y las bombas de calor operan en el mismo ciclo, aunque difieren en objetivos. El objetivo del refrigerador es mantener el espacio refrigerado a baja temperatura quitándole calor. La descarga de este calor a un medio de mayor temperatura es tan sólo una parte de la operación, no el propósito. El objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio caliente a alta temperatura. Esto se consigue al absorber el calor de una fuente de baja temperatura, como el frío aire exterior, y suministrarlo a un medio de alta temperatura como una casa.

COEFICIENTE DE FUNCIONAMIENTO La eficiencia de una máquina frigorífica se mide con el coeficiente de funcionamiento que viene a ser el equivalente del rendimiento térmico en una máquina térmica. Para un refrigerador el coeficiente de funcionamiento b viene expresado por

Para una bomba de calor, el coeficiente de funcionamiento b viene expresado por

Es importante denotar que en un refrigerador el calor de interés es QL ya que éste es el que se extrae para enfriar un espacio. En una bomba de calor, el calor de interés es el QH ya que éste es el que se rechaza para calentar un espacio. MAQUINAS DE MOVIMIENTO PERPETUO Dado que los principios de la termodinámica son algunos de los más comprobados y estables a lo largo de siglos de la física, las propuestas de movimiento perpetuo serias son siempre desdeñadas. Con frecuencia, este tipo de máquinas son utilizadas por los físicos como una forma de poner a prueba sus conocimientos, demostrando, sin utilizar la termodinámica, que no puede funcionar. Además, es frecuente la aparición de "paradojas", al imaginarse experimentos mentales que parecen mostrar móviles perpetuos; invariablemente se trata de errores de comprensión de las leyes de la Física, por lo que resultan muy instructivas.

Este tipo de ideas son adoptadas principalmente por círculos religiosos u ocultistas, creyentes de fuentes de energía inagotable. PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES Los procesos reales se producen en una dirección preferente. Es así como el calor fluye en forma espontánea de un cuerpo más cálido a otro más frío, pero el proceso inverso sólo se puede lograr con alguna influencia externa. Cuando un

bloque desliza sobre una superficie, finalmente se detendrá. La energía mecánica del bloque se transforma en energía interna del bloque y de la superficie. Estos procesos unidireccionales se llaman procesos irreversibles. En general, un proceso es irreversible si el sistema y sus alrededores no pueden regresar a su estado inicial. Por el contrario, un proceso es reversible si su dirección puede invertirse en cualquier punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas. Una transformación reversible se realiza mediante una sucesión de estados de equilibrio del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su entorno al estado inicial por el mismo camino. Reversibilidad y equilibrio son, por tanto, equivalentes. Si un proceso real se produce en forma cuasiestática, es decir lo suficientemente lento como para que cada estado se desvié en forma infinitesimal del equilibrio, se puede considerar reversible. En los procesos reversibles, el sistema nunca se desplaza más que diferencialmente de su equilibrio interno o de su equilibrio con su entorno. Si una transformación no cumple estas condiciones es irreversible. En la realidad, las transformaciones reversibles no existen, ya que no es posible eliminar por completo efectos disipativos, como la fricción, que produzcan calor o efectos que tiendan a perturbar el equilibrio, como la conducción de calor por diferencias de temperatura. Por lo tanto no debe sorprender que los procesos en la naturaleza sean irreversibles. El concepto de proceso reversible es de especial importancia para establecer el límite teórico de la eficiencia de las máquinas térmicas.

CICLO DE CARNOT Es un ciclo reversible formado por cuatro procesos reversibles los cuales permiten obtener una eficiencia mayor del ciclo ya que el trabajo neto puede maximizarse al utilizar procesos que requieren la menor cantidad de trabajo y entreguen la mayor cantidad del mismo. Los ciclos reversibles no pueden alcanzarse en la práctica debido a que las irreversibilidades asociadas con cada proceso no pueden eliminarse. Sin embargo, los ciclos reversibles brindan límites superiores en el rendimiento de los ciclos reales. Las máquinas térmicas y las frigoríficas que trabajan en ciclos reversibles son modelos con los cuales las máquinas térmicas y las frigoríficas reales pueden compararse. Los ciclos reversibles sirven también como puntos de partida en el desarrollo de los ciclos reales y se modifican según se necesite para cubrir ciertos requerimientos. El ciclo de Carnot fue propuesto en 1824 por el ingeniero francés Sadi Carnot. El ciclo se compone de cuatro procesos reversibles, dos isotérmicos y dos adiabáticos, y puede ejecutarse ya sea en un sistema cerrado o en uno de flujo estable, con sustancia pura o con un gas, Figura 2.23. Los cuatro procesos reversibles que componen el ciclo de Carnot son los siguientes: Expansión isotérmica reversible (proceso 1-2, TH constante con transferencia de calor QH hacia el gas).

Expansión adiabática reversible (proceso 2-3, la temperatura disminuye de TH a TL). Compresión isotérmica reversible (proceso 3-4, TL constante con transferencia de calor desde el gas). Compresión adiabática reversible (proceso 4-1, la temperatura aumenta de TL a TH).

PRINCIPIOS DE CARNOT Los principios de Carnot son: 1.- La eficiencia de una máquina térmica irreversible es siempre menor que la eficiencia de una reversible operando entre los mismos dos reservorios.

2.- La eficiencia de todas las máquinas térmicas reversibles operando entre los mismos dos reservorios es la misma.

ESCALA TERMODINÁMICA DE TEMPERATURA Como consecuencia de los razonamientos derivados del segundo principio, Kelvin propuso utilizar la energía como magnitud termométrica para definir la temperatura y justificó el establecimiento y adopción de una escala de temperaturas independiente de la naturaleza de la sustancia termométrica empleada. Basándose en que el rendimiento térmico del ciclo de Carnot es independiente de las propiedades del fluido utilizado y sólo depende de las temperaturas de las fuentes, pudo demostrar que:

Por consiguiente, el cociente QH/QL puede ser sustituido por TH/TL para dispositivos reversibles, donde TH y TL son las temperaturas absolutas de los depósitos de alta y baja temperatura, respectivamente. Por lo tanto para una máquina térmica reversible, se puede escribir

MÁQUINA TÉRMICA DE CARNOT La máquina de Carnot es una máquina ideal que utiliza calor para realizar un trabajo. En ella hay un gas sobre el que se ejerce un proceso cíclico de expansión

y compresión entre dos temperaturas. El ciclo termodinámico utilizado se denomina ciclo de Carnot y fue estudiado por Sadi Carnot alrededor de 1820.

REFRIGERADOR DE CARNOT Y LA BOMBA DE CALOR Se sabe que el calor se transfiere en la dirección de la temperatura más alta a la más baja, este proceso ocurre en la naturaleza sin requerir ningún dispositivo. Sin embargo, el proceso inverso no puede ocurrir por si mismo, como lo dice el enunciado de Clausius.

La transferencia de calor de un medio que se encuentra a baja temperatura hacia otro de temperatura alta requiere de un refrigerador. Al invertir el ciclo de la máquina térmica de Carnot, obtenemos un ciclo de refrigeración de Carnot. Todos los procesos son internamente reversibles.

El refrigerador trabaja de un modo muy similar a una bomba de calor; enfría su interior

bombeando

energía

térmica

desde

los

compartimientos

de

almacenamiento de los alimentos hacia el exterior más caliente. Durante su operación, un refrigerador elimina una cantidad de energía térmica Qf del interior del refrigerador, y en el proceso (igual que la bomba de calor) su motor realiza

trabajo W. El coeficiente de realización de un refrigerador o de una bomba de calor se define en términos de Qf

7. ANÁLISIS DE RESULTADOS Se puede extraer que la termodinámica tiene ciertos principios básicos que nos ayudan a comprender mejor la materia tales como el proceso, ciclo, temperatura, presión, incluida la medición de la presión atmosférica. Y se lo define de una manera puntual y especifica.

8. CONCLUSIONES En la lectura realizada se obtuvo conocimiento de muchos conceptos de los cuales ayudan a la comprensión de la termodinámica y a realizar un mejor estudio.

9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Yunes A Cengel-MIchael A Boles. Termodinámica. Octava edición 2009.Mexico. Página 12-33. Biblioteca personal

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS ENERGERTICAS CARRERA INGENIERIA PETROLERA TERMODINAMICA

DOC. ING. ALBERTO VALDIVIA SALAMANCA

PRACTICA # 15

LECTURA CRITICA TERMODINAMICA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

ESTUDIANTE:

BLADIMIR CHAMBI COCHI

FECHA DE ENTREGA: 18 DE ABRIL DE 2017 CURSO:

QUINTO SEMESTRE

LA PAZ - BOLIVIA

9224150