Segundo Principio de la Termodinámica:
Rendimiento térmico:
o
𝜂𝑡 =
𝑊𝑛𝑒𝑡
𝑄𝑠𝑢𝑚
Máquina frigorífica: Mantener una región de tamaño finito a una baja temperatura predeterminada
extrayendo calor de ella
Bomba de calor: mantiene una región a una determinada temperatura alta suministrándole calor
desde una fuente a temperatura baja
Coeficiente de actuación:
o
𝐶𝑂𝑃𝑀𝐹 =
o
𝐶𝑂𝑃𝐵𝐶 =
𝑄𝑠𝑢𝑚
𝑄
= 𝑄 𝑠𝑢𝑚
𝑊𝑛𝑒𝑡
𝑐𝑒𝑑 −𝑄𝑠𝑢𝑚
𝑄𝑐𝑒𝑑
𝑄𝑐𝑒𝑑
=
𝑊𝑛𝑒𝑡
𝑄𝑐𝑒𝑑 −𝑄𝑠𝑢𝑚
Características de una fuente térmica:
o La única interacción de interés entre la fuente térmica y su entorno es la transferencia de
calor
o Su temperatura permanece uniforme y constante durante un proceso
o La transferencia de calor hacia o desde la fuente térmica únicamente origina un incremento
o disminución de la energía interna de la fuente
Máquina de Carnot:
o El rendimiento térmico de un motor térmico internamente irreversible es siempre menor
que el rendimiento térmico de un motor térmico internamente reversible funcionando
ambos entre las mismas regiones de alta y baja temperatura
o Los rendimientos térmicos de dos motores térmicos internamente reversibles que funcionen
entre las mismas regiones de alta y baja temperatura son iguales
o
𝑇
𝜂𝑐 = 1 − 𝑇𝐵
𝐴
𝐶𝑂𝑃𝑀𝐹,𝑖𝑛𝑡 𝑟𝑒𝑣 = 𝑇
o
𝐶𝑂𝑃𝐵𝐶,𝑖𝑛𝑡 𝑟𝑒𝑣 =
Entropía:
𝑑𝑆 = ( 𝑇 )
o
Para un camino finito e internamente reversible: Δ𝑆 = 𝑆2 − 𝑆1 = ∫1 ( 𝑇 )
2 𝛿𝑄
𝑖𝑛𝑡 𝑟𝑒𝑣
Balance general de entropía para un sistema cerrado: Δ𝑆 =
𝛿𝑄
∫ 𝑇
+𝜎
𝑑𝑆𝑉𝐶
𝑑𝑡
𝑄̇
= ∑𝑒𝑛𝑡 𝑚̇𝑒 𝑠𝑒 − ∑𝑠𝑎𝑙 𝑚̇𝑠 𝑠𝑠 + ∑𝑛𝑗=1 𝑇 𝑗 + 𝜎̇𝑉𝐶
𝑗
La entropía de un sistema cerrado durante un proceso adiabático aumenta siempre debido a las
irreversibilidades internas. En el caso límite de proceso adiabático internamente reversible, la
entropía permanecerá constante. Los procesos adiabáticos de un sistema cerrado para los que dS<0
son físicamente imposibles
o Δ𝑆𝑎𝑖𝑠 = Δ𝑆𝑠𝑖𝑠 + Δ𝑆𝑒𝑛𝑡 ≥ 0
o
𝑖𝑛𝑡 𝑟𝑒𝑣
Balance de entropía para un volumen de control:
o
𝛿𝑄
o
o
𝑇𝐵
𝐴 −𝑇𝐵
𝑇𝐴
𝑇𝐴 −𝑇𝐵
o
𝑑𝑆𝑚𝑐
𝑑𝑡
𝑄̇
= 𝑇 + 𝜎̇
> 0 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑖𝑟𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
𝜎̇ = {= 0 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
< 0 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
Si además se exige que el proceso
sea internamente reversible:
𝑄 = ∫ 𝑇𝑑𝑠
Es el área bajo la trayectoria del
proceso en un diagrama TS
