FASE 2 – INGENIERÍA DE MÉTODOS

Segunda Ley de Termodinámica, Entropía y Exergía.

Tarea semana 4

Termodinámica

Instituto IACC

David González Coroseo

08.07.2019

Desarrollo

a) Describa un proceso imaginario que satisfaga la primera ley pero que viole la segunda ley de la termodinámica.

Respuesta:

La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que se conserva,

La segunda ley de la termodinámica establece que el universo tiende al desorden, es decir existe entropía.

Por lo tanto el proceso imaginario en el siguiente:

Un generador de electricidad alimenta con 10 kilo vatios por hora a un cable de cobre, el cual conduce la misma cantidad de energía eléctrica a una batería, es decir no existen perdidas calóricas en la conducción energética de la electricidad.

Esto satisface el primer principio y no cumple el segundo principio debido a que siempre existen perdidas energéticas.

[pic 1]

b) ¿Cuáles son los cuatro procesos que constituyen el ciclo de Carnot?

Respuesta:

Los cuatro procesos del ciclo Carnot son los siguientes:

[pic 2]

• Expansión Isotérmica (Proceso 1-2 a Ta constante): Inicialmente el gas se encuentra a temperatura Ta (estado 1) y la cabeza del cilindro se encuentra en contacto con una fuente a esa misma temperatura. Se permite que el gas entonces se expanda libremente y haga trabajo sobre el pistón y sus alrededores, al expandirse el gas tiende a disminuir su temperatura, pero al estar en contacto con la fuente a temperatura Ta, cualquier disminución es rápidamente compensada. El calor suministrado al sistema durante esta expansión es Qa.
• Expansión Adiabática (Proceso 2-3 la temperatura baja de Ta a Tb): Al llegar al estado 2, se coloca de nuevo el aislamiento en la cabeza del cilindro para volverlo adiabático y entonces se deja que el gas continúe su expansión lentamente y realice trabajo hasta que alcanza la temperatura Tb; en este proceso el calor suministrado al sistema es Qa. Para este caso, se supone que el pistón no experimenta fricción y que el proceso de expansión ocurre lentamente (cuasiestático) y por ello se considera un proceso reversible.
• Compresión Isotérmica (Proceso 3-4 a Tb constante): Es el estado 3 se retira de nuevo el aislamiento de la cabeza del cilindro y se coloca ahora en contacto con un sumidero a baja temperatura (Tb). Se realiza un proceso de compresión a través de una fuerza externa, de modo que se realiza trabajo sobre el sistema y los incrementos de temperatura del gas por el proceso de compresión son compensados con una transferencia de calor (Qb) hacia el sumidero.
• Compresión Adiabática (Proceso 4-1 temperatura aumenta de Tb a Ta): En el estado 4, el gas se encuentra a una temperatura Tb y de nuevo se aísla la cabeza del cilindro para, esta vez, comprimir el gas de forma adiabática hasta que alcance la temperatura Ta y se complete el ciclo.

 c) Considere dos plantas eléctricas reales que operan con energía solar. Una planta recibe energía de un estanque solar a 80 °C, y la otra la recibe de colectores concentradores que elevan la temperatura del agua a 600 °C. ¿Cuál de estas plantas eléctricas tendrá una eficiencia más alta? Explique.

Respuesta:

Antes de responder esta pregunta se bene tomar en cuenta lo siguiente:

La máxima eficiencia que se puede alcanzar para una central eléctrica que trabaje entre Ta= 1000K y Tb= 300K, es del 70%. Y para centrales reales, actualmente el valor obtenido de eficiencia ronda el 40%. Por ello, para mejorar la eficiencia máxima posible se debe emplear la fuente de mayor temperatura posible (limitada por la resistencia de los materiales empleados) y desechar calor hacia el sumidero de menor temperatura posible.

...