Termodinamica Maquinas Trmicas

Conceptos de depósito térmico y máquina térmica.

Una máquina térmica es un dispositivo que convierte energía térmica en otras
formas útiles de energía, como la energía eléctrica y/o mecánica. De manera
explícita, una máquina térmica es un dispositivo que hace que una sustancia
de trabajo recorra un proceso cíclico durante el cual 1) se absorbe calor de una
fuente a alta temperatura, 2) lamáquina realiza un trabajo y 3) libera calor a
una fuente a temperatura más baja.
Deposito térmico

Eficiencia térmica.
La eficiencia térmica, e (o simplemente eficiencia), de una máquina térmica
se define como la razón entre el trabajo neto realizado y el calor absorbido
durante un ciclo, se escribe de la forma:

Coeficiente termodinamico

Forma de Kelvin – Planck de la segunda leyde la termodinámica.
En la práctica, se encuentra que todas las máquinas térmicas sólo convierten
una pequeña fracción del calor absorbido en trabajo mecánico. Por ejemplo un
buen motor de un automóvil 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 de latermodinámica
es el siguiente:
“es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no
tenga otro efecto que absorber la energía térmica de una fuente y realizar la
misma cantidad de trabajo”.

Esto es equivalente a afirmar que “es imposible construir una máquina de movimiento perpetuo (móvil perpetuo) de segunda clase”, es decir, una máquina
que pudiera violar la segunda ley dela termodinámica. (Una máquina de movimiento
perpetuo de primera clase es aquella que puede violar la primera ley
de la termodinámica (conservación de la energía), también es imposible construir
una máquina de este tipo).

15.2.2 Enunciado de Clausius de la segunda ley de la termodinámica.
Resulta deseable construir un refrigerador que pueda realizar su proceso con el
mínimo de trabajo. Sise pudiera construir uno donde el proceso de refrigeración
se realice sin ningún trabajo, se tendría un refrigerador perfecto. Esto es
imposible, porque se violaría la segunda ley de la termodinámica, que es el
enunciado de Clausius de la segunda ley (Rudolf Clausius, alemán, 1822-
1888):
“es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro efecto que
transferir calor continuamentede un cuerpo hacia otro, que se encuentre a
una temperatura más elevada”.
En términos sencillos, el calor no puede fluir espontáneamente de un objeto
frío a otro cálido. Este enunciado de la segunda ley establece la dirección del
flujo de calor entre dos objetos a diferentes temperaturas. El calor sólo fluirá
del cuerpo más frío al más cálido si se hace trabajo sobre el sistema.Aparentemente los enunciados de Kelvin – Planck y de Clausius de la segunda
ley no están relacionados, pero son equivalentes en todos sus aspectos. Se
puede demostrar (pero aquí no lo hacemos) que si un enunciado es falso, el
otro también lo es.

Procesos reversibles e irreversibles

Los procesos reales se producen en una dirección preferente. Es así como el
calor fluye en forma espontánea de uncuerpo más cálido a otro más frío, pero
el proceso inverso sólo se puede lograr con alguna influencia externa. Cuando
un bloque desliza sobre una superficie, finalmente se detendrá. La energía mecánica
del bloque se transforma en energía interna del bloque y de la superficie.
Estos procesos unidireccionales se llaman procesos irreversibles. En general,
un proceso es irreversible si el sistema ysus alrededores no pueden regresar
a su estado inicial.
Por el contrario, un proceso es reversible si su dirección puede invertirse en
cualquier punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas.
Una transformación reversible se realiza mediante una sucesión de estados de
equilibrio del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su entorno
al estado inicial...