18. Segunda Ley de La Termodinamica - Copia
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19/08/2011 1 2 LEY MAQUINAS TERMICAS REFRIGERADORES REVERSIBILIDAD CICLO DE CARNOT SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Profesor: Ing. Fabián Camilo Yatte G [email protected] Bucaramanga Agosto 17 del 2011 TERMODINAMICA DE HIDROCARBUROS 2 LEY MAQUINAS TERMICAS REFRIGERADORES REVERSIBILIDAD CICLO DE CARNOT PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA La primera ley no pone restricciones sobre la dirección de flujo de calor y de trabajo GAS GAS Q W Q 0 W Q En un proceso cíclico , los estados final e inicial son idénticos. 1. PROCESO 2. PROCESO
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19/08/2011
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
SEGUNDA LEY DE LA
TERMODINAMICA
Profesor:
Ing. Fabián Camilo Yatte G
Bucaramanga Agosto 17 del 2011
TERMODINAMICA DE
HIDROCARBUROS
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La primera ley no pone restricciones sobre la dirección de flujo de
calor y de trabajo
GAS GAS
Q
WQ 0WQ
En un proceso cíclico , los estados final e inicial son idénticos.
1. PROCESO 2. PROCESO
19/08/2011
2
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
El hecho de que un ciclo propuesto no viole la primera ley, no asegura
que en realidad se efectué.
Un ciclo solo ocurrirá si se satisfacen tanto la primera como la segunda
ley
GAS GAS
Q
WQ 0WQ
2. PROCESO 1. PROCESO
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Este sistema puede funcionar en un ciclo donde Q y W son (-), pero no funcionara en un
ciclo en el que ambos, Q y W sean (+).
GAS GAS
Q
1. PROCESO 2. PROCESO
GAS GAS
Q
2. PROCESO 1. PROCESO
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
2 ley para ciclos
2 Ley cambio de estado
2 ley a un volumen de control
La segunda ley justifica que los procesos van en cierta dirección pero no en la
opuesta.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
El proceso inverso, en donde se trasfiere calor del sistema de baja
temperatura al de alta temperatura no se puede realizar y por lo tanto
es imposible completar el ciclo únicamente por trasferencia de calor.
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
MAQUINAS TÉRMICAS Y REFRIGERADORES
Se tiene un sistema que funciona en un ciclo y realiza un trabajo neto positivo y una trasferencia de calor neta positiva.
Se tiene un sistema que funciona en un ciclo y al cual se trasfiere calor desde un cuerpo a baja temperatura y que trasfiere calor a otro cuerpo a temperatura elevada, aunque para hacer esto se requiere trabajo.
MAQUINA TERMICA
REFRIGERADORES (BOMBAS DE CALOR)
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
MAQUINAS TÉRMICAS
Gas Gas
Gas
Gas
CUERPO ALTA TEMPERATURA
QH
CUERPO BAJA TEMPERATURA
QL
WQQ LH
Se puede definir como un dispositivo que funciona en un ciclo
termodinámico y que realiza cierta cantidad de trabajo neto positivo a
través de la trasferencia de calor desde un cuerpo de T elevada y hacia
un cuerpo a baja temperatura
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
Máquinas térmicas – Características
Alta temperatura FUENTE
Baja temperatura SUMIDERO
Máquina Térmica
Qen
Qsal
Wneto, sal
Reciben calor de una fuente de alta temperatura (energía solar, hornos de petróleo, reactores nucleares, etc)
Convierten parte de este calor en trabajo (normalmente en la forma de un eje en rotación).
Liberan el calor de desecho remanente en un sumidero de baja temperatura (la atmósfera, ríos, etc.)
Operan en un ciclo.
Incluye un fluido de trabajo, el cual libera y absorbe calor
MAQUINAS TÉRMICAS
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
Fuente de energía (como un horno)
Sumidero de energía (como la atmósfera)
Qen
Qsal
Caldera
Condensador
Turbina
Bomba Wsal
Frontera del sistema
salensalneto QQW ,
MAQUINAS TÉRMICAS
CENTRAL TERMOELECTRICA
FLUIDO DE TRABAJO: VAPOR
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK
• Es imposible para cualquier
dispositivo que opera en un ciclo
recibir calor de un solo depósito y
producir una cantidad neta de
trabajo.
• No es posible un proceso cuyo
único resultado sea la absorción
de calor procedente de un
deposito y la conversión de este
calor en trabajo.
Depósito de energía térmica
QH = 100 kW
QL = 0
Wneto, sal = 100 kW
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
EJEMPLO CALENTAMIENTO ELÉCTRICO
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
MAQUINAS TÉRMICAS
• Un depósito que suministra energía en forma de calor recibe el nombre de fuente.
QH- Trasferencia de calor desde o hacia el cuerpo a alta temperatura
• Un depósito que absorbe energía térmica en forma de calor se denomina sumidero.
QL- Trasferencia de calor desde o hacia el cuerpo a baja temperatura
Depósitos de energía térmica
Energía térmica FUENTE
Energía térmica SUMIDERO
Calor
Calor
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
Depósito de energía térmica: Cuerpo hipotético con una capacidad de energía térmica (masa × calor específico) grande que puede suministrar o absorber cantidades finitas de calor sin sufrir ningún cambio de temperatura.
Es un instrumento útil para el análisis de máquinas térmicas y otros conceptos de la Segunda Ley.
Ejemplos de depósitos en la realidad:
- Océanos.
- Lagos.
- Ríos.
- Aire atmosférico.
- El horno industrial.
MAQUINAS TÉRMICAS
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
EFECTOS DE LA SEGUNDA LEY
• Generación de gases llamados de Efecto Invernadero (C02, CFC, etc).
• Energía en forma de calor disipada por lámparas incandescentes o focos.
• Energía en forma de calor disipada por motores de combustión interna.
• Cambio brusco de temperatura.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
• Inundaciones, lluvias torrenciales o sequías que afectan a todos los seres vivos de grandes extensiones de terreno.
• Posible aparición de enfermedades tropicales ya erradicadas.
• Extinción de algunas plantas y animales.
• En el caso de cambios bruscos, puede ocasionar pulmonías o sofocamiento a las personas. Esto ocurre en algunos centros laborales (frigoríficos, cocinas, fundiciones, etc).
EFECTOS DE LA SEGUNDA LEY
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
• La fracción de la entrada de calor que se convierte en la salida de trabajo neto; es una medida del rendimiento de una máquina térmica y recibe el nombre de eficiencia térmica.
• La eficiencia térmica mide el desempeño que tiene una
máquina térmica al convertir el calor que recibe en trabajo.
Máquinas térmicas – Eficiencia térmica
queridaEntrada
deseadaSalidaienton
RedimRe
MAQUINAS TÉRMICAS
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
MAQUINAS TÉRMICAS
en
salneto
tQ
W ,
en
salt
Q
Q1
salensalneto QQW ,
EFICIENCIA TÉRMICA
Depósito de alta temperatura a TH
Depósito de baja temperatura TL
QH
QL
Wneto, sal
H
salneto
tQ
W ,
H
Lt
Q
Q1
LHsalneto QQW ,
La eficiencia de una máquina térmica siempre es menor que la unidad
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
EFICIENCIA TÉRMICA
1. Centrales térmicas a vapor. • Se utiliza agua • Ciclo es cerrado • El agua se calienta en calderas • La presión del vapor de agua
mueve la turbina • La energía cinética se convierte
en electricidad (Transformador)
2. Centrales térmicas a gas. • Se utiliza gas • Los gases a altas T movilizan a la turbina • La EC es transformada en electricidad.
Centrales Termoeléctricas.
MAQUINAS TÉRMICAS
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
EFICIENCIA TÉRMICA
Central de potencia eléctrica a vapor. Eficiencia de 40 %
Central de turbina de gas. Eficiencia de 30 %
MAQUINAS TÉRMICAS
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
MÁQUINAS TÉRMICAS – EFICIENCIA TÉRMICA
Central de potencia eléctrica a vapor. Eficiencia de 40 %
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
El segundo ciclo que no fue posible completar es el que indica la
posibilidad de trasferir directamente el calor desde un cuerpo a baja
temperatura hasta otro a temperatura elevada.
Esto es posible mediante un refrigerador o bomba de calor
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
• La transferencia de calor de un medio de baja temperatura a uno de alta temperatura requiere dispositivos especiales llamados refrigeradores.
• Los refrigeradores, como las máquinas térmicas, son dispositivos cíclicos.
• El fluido de trabajo utilizado en el ciclo de refrigeración se llama refrigerante.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
El objetivo de un refrigerador es extraer calor QL de un espacio enfriado.
El objetivo de una bomba de calor es suministrar calor QH en un espacio más caliente
REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
CICLO DE REFRIGERACIÓN SIMPLE
CONDENSADOR
EVAPORADOR
Válvula de
Expansión
QH
QL
Compresor
Trabajo
FLUIDO DE TRABAJO: REFRIGERANTE
Funciona en un ciclo, requiere trabajo y cumple el objetivo de trasferir
calor desde un cuerpo a baja temperatura a un cuerpo a temperatura
elevada
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
REFRIGERADORES-COEFICIENTE DE OPERACIÓN
enneto
LR
W
Q
requeridaEntrada
deseadaSalidaCOP
,
)(, kJQQW LHenneto
1
1
L
HLH
LR
QQQQ
QCOP
La eficiencia de un refrigerador se
expresa en términos del Coeficiente
de Operación (COP), denotado por
COPR.
El valor de COPR puede ser mayor
que la unidad.
La cantidad de calor extraído del
espacio refrigerado puede ser
mayor que la cantidad de entrada de
trabajo.
El principio de conservación de la energía para un dispositivo cíclico requiere:
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
BOMBAS DE CALOR-COEFICIENTE DE OPERACIÓN
enneto
HBC
W
Q
requeridaEntrada
deseadaSalidaCOP
,
1 RBC COPCOP
H
LLH
HBC
QQQQ
QCOP
1
1
La medida del rendimiento
de una bomba de calor se
expresa también en
términos del coeficiente de
operación COPBC.
El coeficiente de
rendimiento de una bomba
de calor siempre es mayor
que la unidad ya que el COPR
es una cantidad positiva.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
ENUNCIADO DE CLAUSIUS
Ambiente caliente
• Es imposible construir un
dispositivo que opere en un ciclo y
cuyo único efecto sea producir la
transferencia de calor de un
cuerpo de temperatura mas baja a
un cuerpo de temperatura más alta
.
Espacio refrigerado frío
QH = 5kJ
QL = 5 kJ
R
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
ENUNCIADO DE CLAUSIUS
• 1- Ambos enunciados son negativos. Es imposible probar
una proposición negativa. Sin embargo la segunda ley
descansa sobre la evidencia experimental. (No se ha
realizado un experimento que la contradiga).
• 2- Los dos enunciados Clausius y Kelvin son equivalentes.
La violación de uno genera la violación de otro.
• 3- La 2 ley se ha enunciado como la imposibilidad de
construir una maquina de movimiento perpetuo del
segundo tipo.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
MAQUINAS DE MOVIMIENTO PERPETUO
• Todo dispositivo que viole la primera y/o segunda ley recibe el nombre de máquina de movimiento perpetuo.
• No se conoce ninguna máquina de movimiento perpetuo que funcione.
• Un dispositivo que viole la primera ley (creando trabajo o energía de la nada) se denomina máquina de movimiento perpetuo de primera especie (MMP1).
• Un dispositivo que viole la segunda ley se denomina máquina de movimiento perpetuo de segunda especie (MMP2).
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT Calentador eléctrico
Qen
Caldera
Turbina
Bomba
Wneto, sal
Frontera del sistema
MAQUINAS DE MOVIMIENTO PERPETUO
Una máquina de movimiento perpetuo que viola la segunda Ley de la Termodinámica
(MMP2)
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
Si la eficiencia de todas las maquinas térmicas es
inferior al 100%
¿Cuál es el ciclo mas efectivo que se puede tener?
EL PROCESO REVERSIBLE
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
• La segunda ley establece que ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia de 100 por ciento.
• Un proceso reversible es aquel que puede invertirse sin dejar ninguna huella en los alrededores, tanto el sistema como los alrededores regresan a sus estados iníciales al final del proceso inverso.
• Los procesos reversibles no suceden en la naturaleza. Son meras idealizaciones de los procesos reales.
• Los procesos reversibles pueden verse como límites teóricos para los procesos irreversibles correspondientes.
• Cuanto mas cerca de un proceso reversible se esté, mayor será el trabajo entregado por un dispositivo productor de trabajo o menor resultará el trabajo requerido por un dispositivo que consume trabajo.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
PROCESO IRREVERSIBLE
Gas
Gas
Gas
- W
Gas
- Q
El trabajo que se realiza sobre el gas en el proceso inverso es superior
al trabajo que el gas realizo en el proceso inicial.
Se debe trasferir una cantidad una cantidad de calor desde el gas
durante el golpe de retorno, de modo que el sistema tenga la misma
energía interna que tenia originalmente.
El entorno ha cambiado en virtud del hecho que se requirió trabajo para
forzar el pistón y se trasfirió calor al entrono.
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
PROCESO REVERSIBLE
Gas
Gas Gas
A medida que las pesas disminuyen, el proceso inverso se pude realizar
en tal forma que ambos, el sistema y el entorno, se encuentran
exactamente en el mismo estado que tenían al principio.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
IRREVERSIBILIDADES
Los factores que ocasionan la irreversibilidad de un proceso se llaman irreversibilidades. Entre ellos está:
• Fricción.
• La expansión libre.
• La mezcla de dos gases.
• La transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita.
• La resistencia eléctrica.
• La deformación inelástica de sólidos.
• Las reacciones químicas.
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
• Supóngase que se trasfiere calor
del cuerpo de alta al cuerpo de
baja.
• La única forma de restaurar el
sistema a sus estado inicial es
mediante refrigeración, que
requiere trabajo proveniente del
entorno y también se necesitara
trasferencia de calor al entorno
• Por la trasferencia de calor y
trabajo desde el entorno este no se
restaura por lo tanto es
irreversible.
• Mientras mayor sea la diferencia de
temperatura mayor será la
irreversibilidad
TRASFERENCIA DE CALOR A TRAVÉS DE UNA DIFERENCIA DE
TEMPERATURA FINITA
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
Cada proceso es reversible, por lo tanto el ciclo también es
reversible. Este es el ciclo mas eficaz que puede funcionar
CICLO DE CARNOT
CALDERA
CONDENSADOR
QH
QL
Trabajo
Turbina Bomba
La temperatura del agua solo debe
ser infitisimalmente menor que la
temperatura de la fuente
La temperatura del agua
disminuye hasta TL
La temperatura del agua solo debe
ser infitisimalmente mayor que la
temperatura de la fuente
La temperatura del agua
Aumenta hasta TH
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
CONDENSADOR
EVAPORADOR
QH
QL
Trabajo
Compresor Turbina
CICLO DE CARNOT
Si el ciclo se invierte la maquina se convierte en un refrigerador.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
El ciclo de Carnot siempre tiene los mismo cuatro procesos
básicos. Estos procesos son
1. Un proceso isotérmico reversible en donde se trasfiere calor
hacia una fuente de alta temperatura o desde ella (Expansión
Isotérmica)
2. Un proceso adiabático reversible en donde la temperatura del
fluido de trabajo disminuye desde la temperatura alta hasta la
temperatura baja
3. Un proceso isotérmico reversible en donde el calor se trasfiere
hacia o desde la fuente de baja temperatura
4. Un proceso adiabático reversible en donde la temperatura del
fluido de trabajo se incrementa desde la temperatura baja hasta
la temperatura alta
CICLO DE CARNOT
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
CICLO DE CARNOT-SISTEMA CERRADO
Fuente de
Energía a TH
Fuente de
Energía a TL
(1)
(1)
(2)
QH
T H =
Cte
TH TL
(3) (2)
Ais
lam
ien
to
Ais
lam
ien
to
QL
T L
T H
TL = Cte
(4) (3)
(4)
Expansión Isotérmica
Expansión Adiabática
Compresión Isotérmica
Compresión Adiabática
TH = Const.
TL = Const.
Wneto,
sal
1
2
3
4
QH
QL
P
v
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
CICLO DE CARNOT INVERSO
TH = Const.
TL = Const.
Wneto, sal
1
2
3
4
QH
QL
P
v
Todos los procesos que comprenden el ciclo de Carnot pueden invertirse convirtiéndose en el Ciclo de refrigeración de Carnot.
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
PRINCIPIOS DE CARNOT
La eficiencia de una máquina térmica irreversible siempre es menor que la eficiencia de una reversible que opera entre los mismos dos depósitos. Las eficiencias de todas las máquinas térmicas reversibles que operan entre los dos mismos depósitos son iguales
En los ciclos reversibles el cociente de transferencia de calor QH/QL puede sustituirse por el cociente de temperaturas absolutas TH/TL
L
H
L
H
T
T
Q
Q
Depósito de baja temperatura a TL
Depósito de alta temperatura a TH
Máquina térmica o
refrigerador reversible
Wneto
QH
QL
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
MAQUINA TÉRMICA DE CARNOT
H
Lt
Q
Q1
H
Lrevt
T
T1,
La máquina térmica hipotética que
opera en el ciclo reversible de
Carnot se llama máquina térmica
de Carnot.
Eficiencia de Carnot: Es la
eficiencia más alta que puede tener
una máquina térmica que opere
entre los dos depósitos de energía
térmica a temperaturas TL y TH.
Todas las máquinas térmicas
irreversibles (reales) que operen
entre estos dos límites de
temperatura (TL y TH) tendrán
eficiencias más bajas.
revt
revt
revt
t
,
,
,
Máquina térmica irreversible
Máquina térmica reversible
Máquina térmica imposible
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
1
1
L
HR
COP
1
1,
L
HrevR
TT
COP
Un refrigerador o una bomba de
calor que operen en un ciclo de
Carnot invertido se llama un
Refrigerador de Carnot o Bomba
de Calor de Carnot.
Estos son los coeficientes de
operación más altos que puede
tener un refrigerador o una
bomba de calor que opera entre
los límites de temperatura TL y TH.
H
LBC
COP
1
1
Para refrigeradores y bombas de calor reversibles Se tiene:
H
LrevBC
TT
COP
1
1,
revR
revR
revR
R
COP
COP
COP
COP
,
,
, Refrigerador irreversible
Refrigerador imposible
Refrigerador reversible
EL REFRIGERADOR Y LA BOMBA DE CARNOT
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
• Permite identificar la dirección de los procesos.
• Brinda los medios necesarios para determinar la calidad de la energía, así como el nivel de degradación de la energía durante un proceso.
• Es útil en la determinación de los límites teóricos de funcionamiento de sistemas aplicados en ingeniería: máquinas térmicas y refrigeradores.
• Permite predecir el grado de terminación de reacciones químicas.
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
• 1. En Una maquina térmica a vapor se añaden 1000 Btu/s
a 1200 F en la caldera, y salen 580 Btu/s a 100 F en el
condensador, mientras que el trabajo de la bomba es de
20 Btu/s. Encuentre la eficiencia térmica de la planta.
Además cual seria la potencia de la turbina (Btu/s) si la
planta funcionara como un ciclo de Carnot.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
• 2. Un inventor desarrollo una unidad de refrigeración que
mantiene refrigerado un espacio a 14 F mientras que la
temperatura ambiente sea 77 F. El coeficiente de
desempeño es de esta maquina es 8.5. Evalué el proceso
y determine una conclusión acerca del funcionamiento
de este dispositivo.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
• Un panel solar trabaja como una maquina térmica. Este
recibe calor a 600 Btu/(hr-pie2) de una temperatura
aproximada de 800 R. El panel rechaza calor a 100 F. Con
este panel es posible obtener 8500 Btu/h de potencia,
cual es el área mínima que podría tener el panel solar.
2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
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2 LEY
MAQUINAS TERMICAS
REFRIGERADORES
REVERSIBILIDAD
CICLO DE CARNOT
• “Fundamentos de termodinámica”.Segunda edición. Gordón. Van Wylen.
• “Termodinàmica”.Tomo I. Yunus A. Cengel y Michael A. Boles.
• “Transferencia de Calor”. Anthony F. Mills.
BIBLIOGRAFÍA
