SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Inga. Nadia Alfaro
CUADRO RESUMEN SOBRE MÁQUINAS TÉRMICAS, REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
W = |Qh| - |Qc|
Los subíndices “h” y “c” indican caliente y frío
respectivamente por sus iniciales en inglés.
W = |Qh| - |Qc|
Los subíndices “h” y “c” indican caliente y frío respectivamente por
sus iniciales en inglés.
Enunciado de Kelvin Planck:
“Es imposible construir una máquina térmica
que, operando en ciclos, no produzca otro
efecto más que recibir energía calorífica de un
reservorio caliente y lo transforme en una
cantidad igual de trabajo”.
Enunciado de Clausius:
“Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea
transferir energía de manera continua mediante calor desde un
objeto a otro a una mayor temperatura sin la entrada de energía por
trabajo”.
Segunda ley
Diagrama
MÁQUINAS TÉRMICAS
Ciclo de Carnot
Eficiencia
Eficiencia (Siempre es menor que uno)
e=
|Qh | − |Qc |
W
=
|Qℎ |
|Qh |
Refrigerador
Coeficiente de rendimiento
(CDR o K) o de realización
K=
AB = Expansión isotérmica
BC = Expansión adiabática
CD = Compresión isotérmica
DA = Compresión adiabática
Eficiencia (Siempre es menor que uno)
e=
|Qh | − |Qc | 𝑻𝒉 − 𝑻𝒄
W
=
=
|Qℎ |
|Qh |
𝑻𝒉
|Qc |
|Qc |
=
|W| |Qh | − |Qc |
Bomba de calor
Coeficiente de rendimiento
(CDR o K) o de realización
K=
|Qh |
|Qh |
=
|W| |Qh | − |Qc |
AB = Expansión adiabática
BC = Expansión isotérmica
CD = Compresión adiabática
DA = Compresión isotérmica
Refrigerador
Bomba de calor
Coeficiente de rendimiento
Coeficiente de rendimiento
(CDR o K) o de realización
(CDR o K) o de realización
K=
|Qc |
|Qc |
=
|W| |Qh | − |Qc |
𝑇𝑐
=
𝑇ℎ − 𝑇𝑐
K=
|Qh |
|Qh |
=
|W| |Qh | − |Qc |
𝑇ℎ
=
𝑇ℎ − 𝑇𝑐
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Inga. Nadia Alfaro
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
CÁLCULO DE ENTROPÍA
∆𝑆 = ∫
𝑑𝑄
𝑇
(𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝í𝑎 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒)
Proceso
Cálculo
Para cualquier proceso:
1. Procesos termodinámicos
con gases ideales
2. Cambios de estado
3. Cambios de temperatura en
sólidos y líquidos a presión
constante.
∆𝑆 = 𝑛𝑐𝑣 ln
Proceso cíclico:
𝑇2
𝑉2
+ 𝑛𝑅 ln
𝑇1
𝑉1
Stotal = 0
Fusión (+) y solidificación o congelación (-)
𝑚𝐿𝑓
𝑄
∆𝑆 = = ±
𝑇
𝑇𝑓
Vaporización (+) y condensación (-)
𝑄
𝑚𝐿𝑣
∆𝑆 = = ±
𝑇
𝑇𝑣
∆𝑆 = ∫
𝑑𝑄
𝑛𝑐𝑃 𝑑𝑇
𝑇2
=∫
= 𝑛𝑐𝑃 ln
𝑇
𝑇
𝑇1
En el estado estacionario, la temperatura es constante en cada punto, además, en
cada punto constantemente se absorbe y se emite calor, por lo que el cambio de
entropía es cero.
4. Conducción
Sin embargo, para los depósitos de donde proviene el calor y hacia donde se emite
calor a temperaturas Th y Tc constantes respectivamente, el cambio de entropía se
define como:
𝑄
∆𝑆 =
𝑇
Donde Q sería calculada como el flujo de calor H multiplicado por el tiempo, donde el
flujo H es:
∆𝑇
𝐻 = 𝑘𝐴
∆𝑥
Además, el valor de Q debe tener signo positivo para el depósito frío porque es el que
recibe el calor y debe ser negativo para el depósito caliente porque el calor es
emitido.
Importante:
Como la entropía es una función de estado, para calcular el cambio de entropía de un sistema en un proceso irreversible, se
pueden crear procesos reversibles que conecten el punto inicial y final del proceso para poder calcular los cambios de
entropía aplicando el concepto para los cambios reversibles.
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