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SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

  La segunda ley de la termodinámica es una formulación cuantitativa de la tendencia de los sistemas a alcanzar un equilibrio natural.

  Sus principales funciones son definir la dirección de la energía, la posibilidad de ocurrencia y la calidad del flujo energético


  La segunda ley de la termodinámica se usa también para determinar los límites teóricos en el desempeño de sistemas de ingeniería de uso ordinario, como máquinas térmicas y refrigeradores, así como predecir el grado de terminación de las reacciones químicas. La segunda ley está también estrechamente asociada con el concepto de perfección.


CONTENIDO

1.  Racionalización de la Segunda Ley 1.1. Posibilidad de Procesos

1.2. Justificación de Estudios

2. Conceptos fundamentales

3. Enunciados de Segunda Ley

1. Racionalización de la Segunda Ley

  Reflexión El hecho de poder entender, cuál es el máximo trabajo

que una máquina de vapor puede producir, es razón suficiente

para que un ingeniero químico dedique gran tiempo de su vida a

entender los conceptos relacionados a la Segunda Ley y

especialmente a aquella propiedad llamada entropía?

Fuente: Tassios DP, 1993

1. Racionalización de la Segunda Ley

Fuente: hMp://www.fsapexsteel.com/seamless.html Fuente: hMp://www.thegloss.com/2014/07/22/

Fuente: hMp://www.wikiwand.com/es/Din%C3%A1mica_qu%C3%ADmica

1.1. Posibilidad de los procesos

sistema

P 1atm

H1

aire 300 K

H3

Aire 320K

H2

Aire 280K


  Según la primera ley tenemos que:


  Interpretación de los resultados:   El problema no objeta la Primera Ley

  Dado que el sistema no requiere ni salida ni entrada de energía se podría decir que hemos creado una máquina (bomba de calor) que opera gratis!!!!

hMp://ganandoguitaeninternet.blogspot.com/2014/09/gana- dinero- gratis- facil- y- rapido.html

1.3. Justificación de la importancia

Primera ley de la termodinámica

Energía infinita

Fuente: hMp://www.ilvem.com.ar/shop/otraspaginas.asp?paginanp= Fuente: hMps://www.chiapasparalelo.com/opinion/2014/09/definicion- de- aire/


  Depósitos de energía En el desarrollo de la segunda ley de la termodinámica, es muy conveniente tener un hipotético cuerpo que posea una capacidad de energía

térmica relativamente grande (masa ︎x calor especifico) que pueda suministrar o absorber cantidades finitas de calor sin experimentar ningún cambio de temperatura.


■

Océano

Atmósfera

Río

Lago

FIGURA 6-6Fuente: (Cengel, 2011)


  Un depósito que suministra energía en la forma de calor se llama fuente, y otro que absorbe energía en la forma de calor se llama sumidero

■

Energía térmica

Sumidero

Energía térmica

Fuente

Calor

Calor

Fuente: (Cengel, 2011)


  Máquinas térmicas: Dispositivos que convierten calor en trabajo

■

Agua

Calor

Trabajo

Agua

Calor

Ningún trabajo



Las máquinas térmicas difieren bastante entre si, pero es posible caracterizarlas a todas de la siguiente manera

  Reciben calor de una fuente a temperatura alta (energía solar, horno de petróleo, reactor nuclear, etcétera).

  Convierten parte de este calor en trabajo (por lo general en la forma de una flecha rotatoria).

  Rechazan el calor de desecho hacia un sumidero de calor de baja temperatura (la atmósfera, los ríos, etcétera).

  Operan en un ciclo.


■

Wneto,salida

Temperatura baja

Sumidero

Qsalida

Qentrada

MáquinaTérmica

Temperatura alta

Fuente



  Fluido de trabajo: Las máquinas térmicas y otros dispositivos cíclicos por lo común requieren un fluido hacia y desde el cual se transfiere calor mientras experimenta un ciclo. Al fluido se le conoce como fluido de trabajo


  Eficiencia Térmica: Se trata de la fracción de la entrada de calor que se convierte en salida de trabajo neto es una medida del desempeño de una máquina térmica

Eficiencia térmica #

Salida de trabajo neto

Entrada de calor total

3

The Second Law of Thermodynamics

A good many times I have been present at gatherings of people who by

standards of the traditional culture are thought highly educated and who

have with considerable gusto been expressing their incredulity at the

illiteracy of scientists. Once or twice I have been provoked and have

asked the company how many of them could describe the Second Law

of Thermodynamics. The respond was cold: it was also negative. Yet I

was asking something which is the scientific equivalent of· Have you

read a work ofShakespeare's?(C.P.Snow: 'The Two Cultures and the

Scientific Revolution'.)

3.1 Introduction

The origin of the Second Law lies with Sadi Carnot's work: Rejlexions sur Ia Puissance Motrice du Feu, published in 1824, dealing with the

establishment of the maximum amount of work that can be obtained from

a steam engine. Thus, its efficiency could be rigorously expressed, instead

of the method used then: "work (ftlbr) per bushel of good coal(!)".

Carnot used in his development the erroneous - but strongly held then

- axiom of the conservation of caloric (he did have, however, some doubts

about it later, but never articulated them). He died young, of cholera, and

his work laid dormant until it was revived a few years later by Clapeyron.

In the meantime, the advent of Joule's work in the 1840's- showing

that caloric was not conserved - led Kelvin, an advocate of the Caloric

theory, to declare in 1849 that Carnot and Joule could not be both right.

Clausius and Kelvin, who later abandoned the caloric theory, eventual-

ly reconciled the work of these two giants of thermodynamics and estab-

lished the first and second laws in the 1850's and 1860's. (We will

discuss the fascinating historical development of these two laws in the

next Chapter.)


1 2

Entrada de calor

100 kJ 100 kJ

Salida

de trabajoneto

Salida

de trabajoneto

20 kJ 30 kJ

Sumidero

Calor de desecho

80 kJ

Calor de desecho

70 kJ

ηter,1 = 20% ηter,2 = 30%

Fuente

hter !

Wneto,salida

Qentrada

hter ! 1 "

Q salida

Q entrada


Depósito de baja temperatura

a TL

MT

Wneto,salida

QH

QL

Depósito de alta temperatura

a TH

nomenclatura


Reflexiones

  Es posible ahorrar Q salida?

  Es posible utilizar energía infinita de reservorios de energía

como la atmósfera o los océanos? No se ha desarrollado tal

dispositivo o es imposible hacerlo?

Conclusiones

  Falencias de la primera ley

  Dirección de los procesos naturales

  Dirección natural de los procesos en función de las propiedades de estado


  Kelvin.- Es imposible, para cualquier sistema que opera en un ciclo recibir calor desde un solo reservorio y convertir ese calor totalmente en trabajo neto.

Fuente: (M. Boiles, Y Cengel, 2006)

▲Δ = + ∫ = ⇒ = −

▲

rvoir.

T1 (hot) q1>0q>0 T1 (hot) w<0w<0

q q1 q2<0-w=q

-w q1=-w q 2--w

-q2

IMPOSSIBLE!! T2 (cold) OK!!


  Clausius.- Es imposible construir un sistema que opera en un ciclo, cuyo efecto sea únicamente, la transferencia de calor desde un reservorio de menor temperatura a uno de mayor temperatura.

Fuente: (M. Boiles, Y Cengel, 2006)

T1 (hot) T1 (hot) q2>0 q2>0

w>0 q1<0 -q1 -q1 q1<0 - =qq1 2 - =w+w q1 q2

q2 q2

IMPOSSIBLE!! T2 (cold) T2 (cold) OK!!

∫đ

= ∫đ

<

∫đ

= ∫ → =đ

≡

∫ = → Δ = − = ∫đ

> ∫đ

⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯→

∫ + ∫ = ∫ <

∫ − Δ < ⇒ Δ > ∫


https://www.youtube.com/watch?v=pWhYmFfj9yk

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