Segundo principio termodinamica

INFORME:

INVESTIGACIÓN, APLICACIÓN DE LEYES FUNDAMENTALES Y PRINCIPIOS MATEMATICOS DE LA TERMODINÁMICA APLICADA

[pic 2]

Nombre: Gerardo Leguá García

Académico: Manuel Zamora R.

Carrera: Ingeniería Ejecución Electricidad

Noviembre, 2019

INDICE

INTRODUCCION        3

MARCO TEORICO        4

ITEM I: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA        4

∙ ¿Es posible convertir todo el trabajo en calor o todo el calor en trabajo?        4

∙ Explique segundo principio de la termodinámica        4

∙ Indique la aplicación en el caso de las máquinas térmicas        5

∙ ¿Qué entendemos por eficiencia o rendimiento de una máquina térmica?        5

∙ ¿Qué es la entropía?        5

∙ La relación que guardan la entropía y la tercera ley de la termodinámica        6

ITEM II: RELACIONES DE LAS PROPIEDADES TERMODINAMICAS        7

∙ ¿Qué son las derivadas parciales y porqué son importantes en las propiedades termodinámicas?        7

∙ ¿Qué son las relaciones de Maxwell?        7

∙ Indique cual es la fórmula de Clapeyron y cuál o cuáles son sus usos.        8

∙ ¿Qué entendemos por sistemas de refrigeración por compresión de vapor?, ¿En qué se diferencia un régimen húmedo y un régimen seco?        10

∙ ¿Qué es una mezcla reactiva?        11

∙ Combustión, ¿Qué es una combustión termodinámica?, indique las características principales de los procesos de combustión.        11

CONCLUSION        13

INTRODUCCION

El objetivo de este informe es mencionar, explicar y ejemplificar las principales leyes termodinámicas, exponiendo situaciones que comprueban los postulados a demás de validarlos por medio de la investigación, posteriormente exponer las principales aplicaciones de estos principios los cuales son en primera instancia la creación de las máquinas térmicas, las cuales se encuentran bajo las leyes de Carnot y están condicionados por una eficiencia inferior al cien por ciento.

Por otra parte se presentan conceptos termodinámicos como lo son la entropía y sus aplicaciones matemáticas por medio de las derivadas parciales, que son consolidadas como las relaciones de Maxwell y la ecuación de Clapeyron, finalmente se presenta una de las máquinas de ciclo de Carnot inverso como lo son los sistemas de refrigeración por condensación de vapor, además de explicar otros tópicos termodinámicos relevantes como lo son las mezclas reactivas y otro fenómeno sumamente utilizado en los sectores industriales como lo es la combustión termodinámica.

MARCO TEORICO

ITEM I: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

El segundo principio de la termodinámica establece que, si bien todo el trabajo mecánico puede transformarse en calor, no todo el calor puede transformarse en trabajo mecánico. En este apartado investigaremos:

∙ ¿Es posible convertir todo el trabajo en calor o todo el calor en trabajo?

Lo primero que debe cumplirse en cualquier proceso termodinámico es que se obedezca la primera ley de la termodinámica que señala que la energía no se crea ni se destruye solamente se transforma, este postulado está representado por la ecuación de energía interna.

[pic 3]

Entonces, si el sistema solo cumple el rol de intermediario (:[pic 4]

[pic 5]

Debería poder transformarse todo el trabajo en calor y el calor en trabajo, sin embargo, la transformación de calor a trabajo esta condicionada a eficiencias inferiores al 100%, ya que depende de máquinas que se rigen por los principios de Carnot.

∙ Explique segundo principio de la termodinámica

El segundo principio de la termodinámica es un principio que impone restricciones a la dirección de la transferencia de calor, y a la eficiencia en los motores térmicos, de este modo va más allá del primer postulado de las leyes termodinámicas, sino que es la que establece que es posible transformar todo el trabajo en calor, pero no podría transformarse todo el calor en trabajo, esto se debe a que el proceso de transformación de calor en trabajo involucra maquinas térmicas que operan de forma cíclica y al utilizar una fuente de calor , que ingresa al sistema, una parte de este calor debe salir del sistema para formular las condiciones de equilibrio que le permitan repetir el ciclo al sistema, generando de este modo una pérdida de la eficiencia.[pic 6]

∙ Indique la aplicación en el caso de las máquinas térmicas

En el caso de las máquinas térmicas, estas al igual que cualquier máquina que opere con calor es regida por los principios termodinámicos, específicamente la aplicación del segundo principio que establece que es posible transformar todo el trabajo en calor, pero no todo el calor en trabajo, una aplicación de este principio podría ser la utilización de motores que operan por medio de la combustión en base a elementos de carbono, donde a partir del combustible fósil, se extrae una cantidad de calor , que será utilizada para realizar el trabajo mecánico W efectuado por el motor que impulsara al sistema que alimenta, sin embargo como fue explicado anteriormente no todo el calor puede transformarse en trabajo, y este caso no es la excepción, dado que  existe una cantidad de calor  que es expulsada a un foco frío que en este caso corresponde a la entrega de calor al medio ambiente, de este modo existe pérdida de calor en el sistema y hace que sea imposible transformar todo el calor en trabajo.[pic 7][pic 8]

∙ ¿Qué entendemos por eficiencia o rendimiento de una máquina térmica?

Continuando con lo expuesto en la pregunta anterior, podemos establecer el rendimiento o eficiencia de un sistema como la relación del trabajo neto efectuado por el sistema con el calor proporcionado hacia este, que es expresado por la siguiente expresión:

[pic 9]

Desde el punto de vista del calor, también es posible definir la eficiencia como la relación del calor neto del sistema y el calor proporcionado para que este sistema opere, el cual viene dado por la siguiente expresión:

[pic 10]

 ∙ ¿Qué es la entropía?

La entropía (S) es una magnitud termodinámica definida originariamente como criterio para predecir la evolución de los sistemas termodinámicos. La entropía es una función de estado de carácter extensivo. El valor de la entropía, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se da de forma natural, debido a que la entropía es definida como el grado de desorden del sistema.

...