Apuntes 6

Apuntes de Termodinámica General

Universidad de Carabobo
Facultad de Ingeniería
Estudios Básicos
Departamento de Física
Cátedra de Termodinámica General
Profesores: Alicia González y Alberto Martínez M.
Semestre 2º 2012

Unidad VI. Segunda ley de la termodinámica
INTRODUCCIÓN
La primera ley de la termodinámica expresa el hecho comprobado experimentalmente de que la
energía puede intercambiarseentre un sistema y su entorno, pero ni se crea, ni se destruye. La
primera ley expresa una relación entre calor y trabajo dada por: ∆U = Q – W (sistemas cerrados).
No se conoce ningún proceso que haya violado la primera ley de la termodinámica y por lo tanto
resulta razonable concluir que un proceso debe satisfacer la primera ley para ocurrir. Sin embargo,
la sola satisfacción de la primera ley nogarantiza que un proceso pueda llegar a ocurrir realmente.

Q

Q

Weje = 0
Weje
Figura A

Figura B

En la figura A, el trabajo mecánico efectuado sobre el eje, se convierte primero en energía interna
del agua, después esta energía “sale” del agua como calor. De acuerdo con nuestra experiencia
sabemos que el proceso inverso no es posible, es decir, si suministramos calor al agua (ver figura
B),esto no producirá el giro del eje (aunque sabemos que no es posible, de serlo no violaría la
primera de la termodinámica). De lo anterior concluimos que el trabajo puede convertirse
fácilmente en otras formas de energía, pero convertir otras formas de energía en trabajo no es así
de sencillo.
La primera ley de la termodinámica no establece restricciones en cuanto a la posibilidad de
transformarenergía de una forma a otra. Como vimos anteriormente, que el trabajo es convertible
a calor, completa y directamente, pero convertir calor en trabajo requiere del uso de ciertos
dispositivos especiales llamados máquinas térmicas.

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Apuntes de Termodinámica General

DEPÓSITO TÉRMICO
Es un cuerpo hipotético que posee unacapacidad térmica relativamente grande de modo que
puede “suministrar” o “absorber” calor en cantidades finitas sin experimentar ningún cambio de
temperatura.
Un depósito que suministra calor se denomina “Fuente” y otro que absorbe calor se denomina
“Sumidero”.

MÁQUINA TÉRMICA
Una máquina térmica es un dispositivo capaz de transformar el calor en energía mecánica.
Específicamente estudiaremos el casode máquinas térmicas que trabajen con fluidos
compresibles (gases). Este tipo de máquinas térmicas aprovecha la energía térmica de un fluido,
ya que la energía mecánica se produce mediante expansión del fluido (incremento de su volumen).
El estudio de los intercambios de energía en las máquinas térmicas es uno de los objetivos de la
materia que nos ocupa, la Termodinámica. El calor necesario paraconseguir que funcione una
máquina térmica procede, generalmente, de la combustión de un combustible. Dicho calor es
“absorbido” por un fluido que, al expandirse, pone en movimiento las distintas piezas de la
máquina.
Las máquinas térmicas trabajan en ciclos, veamos dos ejemplos sencillos de máquinas térmicas:
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
El motor, para poder funcionar adecuadamente, requiere dela formación de una mezcla airecombustible, que es introducida en cada cilindro, comprimida e inflamada, generará la presión
necesaria dentro de dicho cilindro para mover el pistón, el pistón por medio de una biela hace girar
el cigüeñal y éste comunica el giro las ruedas, pasando por la caja de velocidades y el diferencial,
produciéndose el desplazamiento del pistón como resultado de la presióndel cilindro, es necesario
expulsar los gases quemados, remplazarlos por mezcla fresca y reiniciar el ciclo. Podemos
mencionar dos tipos clásicos de motores:
• Motores a nafta (ciclo Otto) en el cual la combustión de la mezcla y el aire se realiza en forma
explosiva con la necesidad de una chispa, la cual se encarga de suministrar el sistema de
encendido, por eso se lo conoce como motor a...