CONTENIDO

DEDICATORIA2AGRADECIMIENTO3CONTENIDO4INTRODUCCIN5SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA6ENUNCIADO DE KELVIN PLANCK7ENUNCIADO DE CLAUSIUS8TEOREMA DE CARNOT9EQUIVALENCIA DE LOS ENUNCIADOS10EQUIVALENCIA ENTRE KELVIN PLANCK Y CLAUSIUS10EQUIVALENCIA ENTRE KELVIN PLANCK Y TEOREMA DE CARNOT11BOMBA DE CALOR11BOMBA DE CALOR REVERSIBLE12FUNCIONAMIENTO12FUENTES DE CALOR14TIPOS DE BOMBA DE CALOR14USOS14MQUINA TRMICA15EFICIENCIA TRMICA16CONCLUSIONES17BIBLIOGRAFA18

INTRODUCCIN

La primera ley de la Termodinmica no restringe la direccin de un proceso, pero satisfacerla no asegura que el proceso ocurrir realmente. Cuando los procesos no se pueden dar, esto se puede detectar con la ayuda de una propiedad llamada entropa. Un proceso no sucede a menos que satisfaga la primera y la segunda ley de la Termodinmica.El empleo de la segunda ley de la termodinmica no se limita a identificar la direccin de los procesos. La segunda ley tambin afirma que la energa tiene calidad, as como cantidad. La primera ley tiene que ver con la cantidad y la transformacin de la energa de una forma a otra sin importar su calidad. Preservar la calidad de la energa es un inters principal de los ingenieros, y la segunda ley brinda los medios necesarios para determinar la calidad, as como el nivel de degradacin de la energa durante un proceso. La naturaleza establece que el total de energa asociada con una fuente trmica nunca puede ser transformada ntegra y completamente en trabajo til. De aqu que todo el trabajo se puede convertir en calor pero no todo el calor puede convertirse en trabajo.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA

Esta ley de la fsica expresa que "La cantidad de entropa (magnitud que mide la parte de la energa que no se puede utilizar para producir un trabajo) de cualquier sistema aislado termodinmicamente tiende a incrementarse con el tiempo". Ms sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la energa tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio trmico.

La segunda ley de la termodinmica establece cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de conversin de energa pueden ocurrir; los siguientes son algunos procesos compatibles con la primera ley de la termodinmica, pero que se cumplen en un orden gobernado por la segunda ley:

1) Cuando dos objetos que estn a diferente temperatura se ponen en contacto trmico entre s, el calor fluye del objeto ms clido al ms fro, pero nunca del ms fro al ms clido.2) La sal se disuelve espontneamente en el agua, pero la extraccin de la sal del agua requiere alguna influencia externa.

3) Cuando se deja caer una pelota de goma al piso, rebota hasta detenerse, pero el proceso inverso nunca ocurre.Ahora bien existen diferentes formas de enunciar la segunda ley de la termodinmica, pero en su versin ms simple, establece que:El calor jams fluye espontneamente de un objeto fro a un objeto caliente.

ENUNCIADO DE KELVIN PLANCK

En la prctica, se encuentra que todas las mquinas trmicas slo convierten una pequea fraccin del calor absorbido en trabajo mecnico. Por ejemplo un buen motor de un automvil tiene una eficiencia aproximada de 20% y los motores diesel tienen una eficiencia en el rango de 35% a 40%. En base a este hecho, el enunciado de Kelvin Planck de la segunda ley dela termodinmica es el siguiente:

es imposible construir una mquina trmica que, operando en un ciclo, no tenga otro efecto que absorber la energa trmica de una fuente y realizar la misma cantidad de trabajo

ENUNCIADO DE CLAUSIUS

Resulta deseable construir un refrigerador que pueda realizar su proceso con el mnimo de trabajo. Si se pudiera construir uno donde el proceso de refrigeracin se realice sin ningn trabajo, se tendra un refrigerador perfecto. Esto es imposible, porque se violara la segunda ley de la termodinmica, que es el enunciado de Clausius de la segunda ley (Rudolf Clausius, alemn, 1822-1888):

es imposible construir una mquina cclica, que no tenga otro efecto que transferir calor continuamente de un cuerpo hacia otro, que se encuentre a una temperatura ms elevada.

En trminos sencillos, el calor no puede fluir espontneamente de un objeto fro a otro clido. Este enunciado de la segunda ley establece la direccin del flujo de calor entre dos objetos a diferentes temperaturas. El calor slo fluir del cuerpo ms fro al ms clido si se hace trabajo sobre el sistema.

TEOREMA DE CARNOTEl teorema de Carnot es un enunciado alternativo del Segundo Principio de la termodinmica, que se formula a partir de la comparacin entre mquinas reversibles y mquinas irreversibles como: El rendimiento de una mquina trmica M que opere entre dos focos no puede ser superior que el de una mquina reversible R que opere entre los mismos focos

Cumplindose la igualdad si la mquina M es tambin reversible y la desigualdad si es irreversible.Puede demostrarse que el teorema de Carnot es equivalente al enunciado de Kelvin-Planck. Ello se hace por reduccin al absurdo.

Supongamos que la mquina M tiene una eficiencia mayor que la reversible. En este caso, para la misma cantidad de calor desechado, M produce ms trabajo que R. Entonces, si le damos la vuelta a R y la convertimos en refrigerador para extraer el calor de desecho que estamos produciendo con M. Podramos emplear la mquina M para hacerlo funcionar y aun nos sobrara trabajo. El resultado neto es que estamos tomando calor de un solo foco y produciendo una cantidad equivalente de trabajo, lo cual viola el enunciado de Kelvin-Planck. Por tanto debe cumplirse el teorema de Carnot. EQUIVALENCIA DE LOS ENUNCIADOSAparentemente los enunciados de Kelvin Planck y de Clausius de la segunda ley no estn relacionados, pero son equivalentes en todos sus aspectos, aunque hablen de cosas completamente diferentes (uno del rendimiento de mquinas trmicas y el otro de la direccin en que fluye el calor).

Para establecer la equivalencia entre los enunciados, supondremos que uno de ellos no se cumple y comprobaremos que en ese caso otro de ellos deja de cumplirse.EQUIVALENCIA ENTRE KELVIN PLANCK Y CLAUSIUS Imaginemos una mquina perfecta que viola el enunciado de Kelvin-Planck: transforma todo el calor absorbido en trabajo. Si se hicieran trabajar enlazados esta supuesta mquina con un refrigerador, de modo que el trabajo producido por sta se utilizara como trabajo consumido por el refrigerador, el resultado final sera un refrigerador perfecto: el calor extrado del foco fro pasara al foco caliente sin consumir trabajo, es decir, violara el enunciado de Clausius.

EQUIVALENCIA ENTRE KELVIN PLANCK Y TEOREMA DE CARNOT Supongamos una mquina de Carnot con un rendimiento del 40% se la hace trabajar de forma inversa, es decir, como un refrigerador. Si ste se enlaza con una supuesta mquina que no cumpla el Teorema de Carnot (con un rendimiento, por ejemplo, del 45%) el resultado sera una mquina que viola el enunciado de Kelvin-Planck, es decir, que transforma todo el calor absorbido en trabajo.

BOMBA DE CALORUna bomba de calor es una mquina que transfiere energa trmica desde una fuente fra (de bajo nivel trmico o baja temperatura) a otra ms caliente (de nivel trmico ms alto o de mayor temperatura).1 Recibe este nombre por analoga con las bombas de agua, que permiten subir el agua desde un nivel bajo a otro ms alto.Para lograrlo es necesario un aporte de trabajo, pues de acuerdo con la segunda ley de la termodinmica, el calor se dirige de manera espontnea de una fuente caliente a otra fra, hasta que sus temperaturas se igualen, y no al revs.Para ello se emplea un sistema anlogo al de refrigeracin por compresin de gases refrigerantes en el que en vez de obtener el calor de un ambiente cerrado para disiparlo en el exterior, se obtiene calor del exterior, o de cualquier otra fuente exterior, calentando un fluido fro en un evaporador, para enfriarlo en un condensador, cediendo calor para calentar los espacios interiores.Tcnicamente las mquinas para uno u otro uso son las mismas, variando solamente los campos de temperaturas en las que trabajan. Aun as, se suele llamar bomba de calor a la destinada a calefaccin de espacios y mquina frigorfica a la que proporciona refrigeracin. Y la razn es la analoga con la bomba de agua; se supone que una mquina frigorfica, aunque "bombea calor" hacia el exterior, lo que "se nota" es que enfra, mientras que la mquina destinada a calefaccin efectivamente lleva calor all donde hace falta, obtenindolo de un lugar que est a un nivel trmico ms bajo.BOMBA DE CALOR REVERSIBLE

Una variante de este ingenio es la bomba de calor reversible, cuya particularidad radica en una vlvula inversora de ciclo que forma parte del sistema, la cual puede invertir el sentido del flujo de refrigeracin, transformando el condensador en evaporador y viceversa, de modo que en verano sirve como mquina frigorfica, para la refrigeracin y en invierno como bomba de calor, para calefaccin.FUNCIONAMIENTOUna bomba de calor por compresin emplea un fluido refrigerante con un bajo punto de ebullicin. Este fluido se hace pasar por un compresor, que eleva su presin y aumenta con ello su temperatura (su entalpa). Una vez comprimido el fluido refrigerante, pasa por un intercambiador de calor llamado 'condensador', y ah cede calor al foco caliente, dado que el fluido refrigerante ha salido del compresor, a mayor temperatura que ese foco caliente. Al enfriarse el fluido en el condensador (cediendo calor al foco caliente), cambia su estado a lquido. A la salida del condensador, comprimido, atraviesa una vlvula de expansin, lo cual supone una brusca cada de presin. Al disminuir la presin, el fluido se enfra bruscamente y adems empieza a evaporarse. En el intercambiador de calor llamado evaporador que hay despus de la vlvula de expansin, el fluido se evapora, absorbiendo calor del foco fro, puesto que est ms fro que dicho foco. El fluido evaporado regresa al compresor, cerrndose el ciclo.

Al contrario que la refrigeracin, que se puede obtener mediante un ciclo de absorcin, en este caso no tiene cuenta producir calor de ese modo, porque es ms eficiente emplear el calor que suele mover el sistema de absorcin, directamente para calefaccin, as, estos ingenios funcionan siempre por compresin.El principio de funcionamiento en cuatro pasos1. En el primer paso se comprime un fluido refrigerante con un compresor. Segn la Ley de Gay-Lussac la presin es proporcional a la temperatura absoluta, luego cuando se comprime un gas aumenta su temperatura.2. Ese fluido caliente se hace pasar por un intercambiador, llamado condensador, en el que el fluido cede su calor (al llamado foco o fuente caliente) y al enfriarse, se condensa parcialmente, pasando del estado gaseoso a estado lquido.3. A continuacin se hace pasar el fluido, todava a presin, por una vlvula de expansin (que consiste en un dispositivo con una gran prdida de carga) en el que el fluido pierde presin (carga) bruscamente y por lo tanto se enfra tambin bruscamente.4. Finalmente pasa por otro intercambiador, situado en la fuente fra, y llamado evaporador en el que absorbe calor de nuevo, para volver a reiniciar el ciclo en el compresor.FUENTES DE CALORConsiderando solo la bomba de calor para calefaccin, se pueden dar estas fuentes "fras": Aire exterior. Fuente de agua, pozo o ro. Geotermia.TIPOS DE BOMBA DE CALOREn funcin de las fuentes fra y caliente, por este orden, las bombas de calor pueden ser de varios tipos: Bomba de calor aire-aire: el calor que se toma del aire exterior se transfiere directamente al aire del local que debe calentarse. Bomba de calor aire-agua: el calor se toma del aire y se transfiere a un circuito de agua que abastecer un suelo/techo radiante/refrescante,radiadores, ventiloconvectores o aerotermos. Bomba de calor agua/agua: el sistema toma el calor de un circuito de agua en contacto con un elemento que le proporcionar el calor (la tierra, capa fretica) para transferirlo a otro circuito de agua como en el caso anterior. Es el sistema generalmente adoptado por las bombas de calor geotrmicas. Bomba de calor agua-aire: el calor se toma del agua, como en el caso anterior, y se transfiere directamente al aire del local que debe calentarse.USOSLa bomba de calor se utiliza en sistemas de calefaccin y, las reversibles, adems en refrigeracin. Usada en calefaccin tiene la ventaja de hacer que la electricidad sea econmica para calentar, pues al contrario que el uso de resistencias por efecto Joule, proporciona ms energa que la que consume y el precio de la unidad de energa elctrica consumida es considerablemente ms alto que el de la energa trmica proporcionada por un combustible en una caldera.Pero el uso ms adecuado de estos ingenios es el aprovechamiento de fuentes de calor de relativamente bajo nivel trmico para subir el nivel a otro utilizable; por ejemplo, en un manantial de agua templada, subir la temperatura del agua para utilizarla en calefaccin.En el aprovechamiento de la energa solar para calefaccin existe el problema de que en las pocas en que ms falta hace la calefaccin, el rendimiento de los colectores es menor y el tiempo de insolacin diario ms corto. Se ha investigado sobre la posibilidad de aprovechar el calor de las temporadas ms clidas para acumularlo en grandes depsitos de agua, para usar el calor acumulado en las pocas fras, y ah puede emplearse la bomba de calor para llevar la temperatura del agua del depsito (temperatura a la que se lleg con fuentes renovables y no contaminantes) al nivel necesario para su uso en los sistemas de calefaccin.

MQUINA TRMICA

Una mquina trmica es un dispositivo que convierte energa trmica en otras formas tiles de energa, como la energa elctrica y/o mecnica. De manera explcita, una mquina trmica es un dispositivo que hace que una sustancia de trabajo recorra un proceso cclico durante el cual 1) se absorbe calor de una fuente a alta temperatura, 2) la mquina realiza un trabajo y 3) libera calor a una fuente a temperatura ms baja.Los elementos que componen el esquema son:

Lafuente caliente, ac representada con el rectngulo rojo (que podra ser una caldera, o una cmara de combustin o cualquier cosa a alta temperatura). La temperatura de la fuente es,T1.

Lafuente fra, ac representada con el rectngulo verde (que podra ser el medio ambiente). La temperatura de la fuente fra esT2, conT1> T2, lgicamente.

Lamquinapropiamente dicha que, por lo general, funciona cclicamente, a rgimen constante.

Las tresflechasson:Q1el calor tomado de la fuente caliente;Q2el calor desperdiciado que fluye a la fuente fra; yWel trabajo realizado por la mquina.

Este es elesquematpico de unamquina trmicatrabajando a rgimen constante (o sea, sin variar su propia temperatura), y por lo tanto manteniendo constante la energa interna,U = 0Lgicamente, toda mquina trmica que se precie, debe cumplir ciegamente el primer principio de la termodinmica:Q1Q2= W

EFICIENCIA TRMICALa eficiencia trmica, e (o simplemente eficiencia), de una mquina trmica se define como la razn entre el trabajo neto realizado y el calor absorbido durante un ciclo, se escribe de la forma:

CONCLUSIONES

En la termodinmica hasta el momento estudiamos, ley cero de la termodinmicacomo la primera ley de la termodinmicason muy generales y, aunqueabsolutamente ciertas y exactas, no explican muchas realidades que se observan siempre.Tales realidades, estn contenidas en la segunda ley de la termodinmica, una ley hecha sin violar las dos anteriores.En esta segunda ley se demuestra que, en un proceso natural, el calor se transfiere siempre de un cuerpo con mayor temperaturaa uno con menor temperatura y nunca al contrario. Si quisiramos realizar lo contrario sera mediante un proceso artificial, con la intervencin de un trabajo.Tambin conocimos nuevos trminos como es el caso de la entropa e irreversibilidad, que son los proceso termodinmicos, pero considerando los aspectos detallados de la naturaleza, tomando en cuenta lo que en la ley del cero, y a primera ley no toma en cuenta. Esta ley un tanto independiente de las otras leyes, anteriores, toma en cuenta lo aleatorio y desordenado que se puede tornar un proceso en la naturaleza hasta alcanzar el equilibrio, y gracias a este estudio, es que el hombre ha logrado aprovechar el modo de comportase la naturaleza, aunque la naturaleza ya est en equilibrio y no necesite que especficamente, estn ocurriendo estos procesos en contra de la entropa.Al hombre en cambio le sirve para entender cmo manejar las energas, evitar que se pierdan recursos, obtener mejores resultados y buscar las mejores maneras de solucionar los problemas de la vida a travs de la mecnica, complementada con termodinmica. En la vida cotidiana nos ayuda a comprender el porqu de los procesos que parecen aleatorios, y naturales, y si es posible utilizarlos a nuestro favor.En ingeniera, como concepto auxiliar en los problemas del rendimiento energtico de las mquinas, es una de las variables termodinmicas ms importantes. Su relacin con otras teoras abre campos de estudio e investigacin a este concepto muy utilizado.

BIBLIOGRAFA

grupoelron.org. (27 de 08 de 2001). Recuperado el 06 de 2014, de http://www.grupoelron.org/fisicaastronomia/entropia.htmAntezana, I. O. (13 de 12 de 2009). monografias.com. Recuperado el 11 de 2014, de http://www.monografias.com/trabajos-pdf/termodinamica-segunda-ley/termodinamica-segunda-ley2.shtml Aquileana. (10 de 08 de 2007). aquileana.wordpress.com. Recuperado el 11 de 2014, de la audiencia de aquiles: http://aquileana.wordpress.com/2007/08/10/entropia-e-irreversibilidad/Atre, L. D. (17 de 11 de 2009). buenastareas.com. Recuperado el 11 de 2014, de http://www.buenastareas.com/ensayos/Segunda-Ley-De-La-Termodinamica/7339588.htmlCornejo, D. M. (26 de 03 de 2010). paguinas.fisica. Recuperado el 11 de 2014, de http://paginas.fisica.uson.mx/laura.yeomans/tc/Tema-VIIIa.pdfGarcia, A. F. (19 de 01 de 2013). Fisica.interactiva. Recuperado el 11 de 2014, de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/termodinamica/segundo/segundo1.htmlNave, M. O. (13 de 10 de 2011). hyperphysics.phy. Recuperado el 11 de 2014, de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/seclaw.htmlNuez, O. (24 de 05 de 2013). batanga.com. Recuperado el 11 de 2014, de http://curiosidades.batanga.com/4390/la-segunda-ley-de-la-termodinamicaWilson, J. j. (02 de 12 de 2008). textoscientificos.com. Recuperado el 11 de 2014, de http://www.textoscientificos.com/fisica/termodinamica/entropia-irreversibilidad