Republica Bolivariana De Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Superior Instituto Universitario De Tecnología “José Antonio Anzoátegui”
Bachilleres: Aguilera Elizabeth C.I.: 17.592.743 Prof. Yamilé González
Balbuena Darwin C.I.: 23.299.278 Castillo Oscarina C.I.: 24.846.156 Zacarías Yesbel C.I.:24.846.500 Trayecto II Trimestre IV Sección: MM-01
El Tigre, 02 de Julio de 2013 34
ÍNDICE INTRODUCCIÓN…………………….…………………………………………….. …………………….……………………………………………..4 4 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA..…………………………………..5
Enunciado de Clausius……...………………………………………………...6 Clausius……...………………………………………………...6 Enunciado de Kelvin-Planck...……………………………………………….7 Kelvin-Planck...……………………………………………….7
ANÁLISIS CRÍTICO………………………………..………………………………8 MAQUINAS TERMICAS...………………………………………………………… 9
Enunciado de Kelvin-Planck………………..…………………………………9 Kelvin-Planck………………..…………………………………9 Rendimiento de las maquinas térmicas…. térmicas….…………………………………...11
Rendimiento de una maquina térmica motora…………………….....12 motora…………………….....12
Rendimiento de una maquina térmica generadora………….. generadora…………..……….13 ……….13 Clasificación de las maquinas tér micas……………………………. micas…………………………….………..14
Según el sentido de transferencia de energía……………………… energía………………………...14 ...14
Según el principio de funcionamiento……………………………….14 funcionamiento……………………………….14 Balance de energía en una un a maquina térmica…………………………….......15 térmica…………………………….......15
ANÁLISIS CRÍTICO..……………………………………………………………..16 REFRIGERACIÓN………………………………………………………………...17
Aplicaciones de la refrigeración…………… refrigeración……………..……………………………….18 Métodos de enfriamiento………….…………… enfriamiento………….……………………………………… ……………………………19 …19 Tipos de ciclos de d e refrigeración…………………. refrigeración………………….…………………………..21
Ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor…………….....21 vapor…………….....21
Ciclo real de refrigeración por compresión de vapo r………………..21 r………………..21
Sistema de refrigeración en cascada…………………………………22
Sistema de refrigeración por compresión de múltiples etapas……….23 etapas……….23
Sistema de refrigeración de usos múltiples con un solo compresor....24
Sistema de refrigeración por absorción…………………... absorción…………………...…………24 …………24
ANÁLISIS CRITICO……………………………………………………………… 26 REVERSIBILIDAD E IRREVERSIBILIDAD TERMODINÁMICA…………27 ANÁLISIS CRITICO………………………………………………………………30 34
ÍNDICE INTRODUCCIÓN…………………….…………………………………………….. …………………….……………………………………………..4 4 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA..…………………………………..5
Enunciado de Clausius……...………………………………………………...6 Clausius……...………………………………………………...6 Enunciado de Kelvin-Planck...……………………………………………….7 Kelvin-Planck...……………………………………………….7
ANÁLISIS CRÍTICO………………………………..………………………………8 MAQUINAS TERMICAS...………………………………………………………… 9
Enunciado de Kelvin-Planck………………..…………………………………9 Kelvin-Planck………………..…………………………………9 Rendimiento de las maquinas térmicas…. térmicas….…………………………………...11
Rendimiento de una maquina térmica motora…………………….....12 motora…………………….....12
Rendimiento de una maquina térmica generadora………….. generadora…………..……….13 ……….13 Clasificación de las maquinas tér micas……………………………. micas…………………………….………..14
Según el sentido de transferencia de energía……………………… energía………………………...14 ...14
Según el principio de funcionamiento……………………………….14 funcionamiento……………………………….14 Balance de energía en una un a maquina térmica…………………………….......15 térmica…………………………….......15
ANÁLISIS CRÍTICO..……………………………………………………………..16 REFRIGERACIÓN………………………………………………………………...17
Aplicaciones de la refrigeración…………… refrigeración……………..……………………………….18 Métodos de enfriamiento………….…………… enfriamiento………….……………………………………… ……………………………19 …19 Tipos de ciclos de d e refrigeración…………………. refrigeración………………….…………………………..21
Ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor…………….....21 vapor…………….....21
Ciclo real de refrigeración por compresión de vapo r………………..21 r………………..21
Sistema de refrigeración en cascada…………………………………22
Sistema de refrigeración por compresión de múltiples etapas……….23 etapas……….23
Sistema de refrigeración de usos múltiples con un solo compresor....24
Sistema de refrigeración por absorción…………………... absorción…………………...…………24 …………24
ANÁLISIS CRITICO……………………………………………………………… 26 REVERSIBILIDAD E IRREVERSIBILIDAD TERMODINÁMICA…………27 ANÁLISIS CRITICO………………………………………………………………30 34
CICLO DE CARNOT……………………………………………………………...31
Etapas del ciclo de carnot……………………………………………………32 carnot……………………………………………………32
Etapa A : expansión isotérmica…. isotérmica….………………………………….. …………………………………..32 32
Etapa B: expansión adiabática………………….……………………33
Etapa C: comprensión isotérmica……………………………………33 isotérmica……………………………………33
Etapa D: comprensión compren sión adiabática……………………………………33
ANALISIS CRITICO…………………..…………………………………………..34 ENTROPÍA…………………………………………………..……………………..35
Cero absoluto…….………………… absoluto…….…………………………………………… ……………………………………….37 …………….37 Entropía y reversibilidad…….…………… reversibilidad…….……………………………………… …………………………………37 ………37 desorden……………………….………………………………… …………………………39 39 Entropía y desorden……………………….……… Entropía como creadora de orden…………………………………………… orden……………………………………………40 40 CONCLUSIÓN….…………………………………………………………… .……42
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………… ………………………………………..……43
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INTRODUCCIÓN
El análisis de la segunda ley de la termodinámica nos da a entender el segundo paso hacia el estudio de los procesos termodinámicos que comenzó con la ley cero y la primera ley las cales solo hacen el estudio solo a procesos reversible que no toman en cuenta factores como la fricción, expansión irrestricta, la transferencia de calor y la mezcla de dos sustancias diferentes, y que al tratar de invertir el proceso no hay cambios ni en el sistema ni el entorno cosa que no sucede en la vida real en donde la mayoría de los procesos son irreversibles. La particularidad de esta segunda ley son sus dos postulados principales que hacen referencia directamente al funcionamiento de maquinas térmicas, asi como el enunciado de Carnot que plantea una Maquina térmica reversible con una eficiencia muy alta.
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SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Figura 1. La segunda ley mediante una maquina térmica Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
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La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.
Figura 2. Segunda ley de la termodinámica
Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.
Enunciado de Clausius
No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada.
Figura
3.
Representación
esquemática
clausius.
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de
Enunciado de Kelvin —Planck
Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito, y la realización de una cantidad igual de trabajo.
Figura 4. Representación esquemática de Kelvin-Planck
Otra interpretación
Es imposible construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del ambiente. Debido a esto podemos concluir, que el rendimiento energético de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo, siempre será menor a la unidad, y ésta estará más próxima a la unidad, cuanto mayor sea el rendimiento energético de la misma. Es decir, cuanto mayor sea el rendimiento energético de una máquina térmica, menor será el impacto en el ambiente, y viceversa.
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ANÁLISIS CRÍTICO En la naturaleza existen un gran número de procesos que solo se llevan a cabo en un sentido y no en el contrario, dirigiéndose finalmente hacia el equilibrio.
La primera ley de la termodinámica no predice la dirección de tales procesos, sin embargo, la segunda ley de la termodinámica, establece el sentido con que se llevan a cabo los procesos espontáneos en el universo.
Por otra parte, la segunda ley de la termodinámica tiene gran aplicación dentro del campo de la ingeniería, para predecir la eficiencia máxima de las maquinas térmicas, tales como las maquinas de vapor, los motores de combustión de los automóviles, las turbinas de gas, etc.
Esta ley indica las limitaciones existentes en las transformaciones energéticas. En un sistema aislado, es decir, que no intercambia materia ni energía con su entorno, la entropía (desorden en un sistema) siempre habrá aumentado (nunca disminuido, como mucho se mantiene) desde que esta se mide por primera vez hasta otra segunda vez en un momento distinto. En otras palabras: el flujo espontaneo de calor siempre es unidireccional, desde una temperatura más alta a una más baja. Existen numerosos enunciados, destacándose el de Carnot y el de Clausius.
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MAQUINAS TÉRMICAS Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello utiliza una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua. A través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor (normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo.
Figura 5. Maquina térmica
El desarrollo de la Termodinámica y más en concreto del Segundo Principio vino motivado por la necesidad de aumentar la cantidad de trabajo producido para una determinada cantidad de calor absorbido. De forma empírica, se llega así al primer enunciado del Segundo Principio:
Enunciado de Kelvin-Planck
No es posible ninguna transformación cíclica que transforme íntegramente el calor absorbido en trabajo.
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Este enunciado implica que la cantidad de energía que no ha podido ser transformada en trabajo debe cederse en forma de calor a otro foco térmico, es decir, una máquina debe trabajar al menos entre dos focos térmicos. El esquema más sencillo de funcionamiento es entonces el siguiente:
Figura 6. Esquema de kelvin-planck
Absorbe una cantidad de calor Q 1 de un foco caliente a una temperatura T 1
Produce una cantidad de trabajo W
Cede una cantidad de calor Q 2 a un foco frío a una temperatura T 2
Como la máquina debe trabajar en ciclos, la variación de energía interna es nula. Aplicando el Primer Principio el trabajo producido se puede expresar:
En general, se define Potencia (P) como el trabajo dividido por el tiempo, en caso de las máquinas corresponde entonces al trabajo producido en un
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segundo. En el S.I. de Unidades se mide en Watios (J/s) y queda representada de la siguiente manera:
Rendimiento (η)
El objetivo de una máquina es aumentar la relación entre el trabajo producido y el calor absorbido; se define pues el rendimiento como el cociente entre ambos. Si tenemos en cuenta la limitación impuesta por enunciado de Kelvin-Planck, el trabajo es siempre menor que el calor absorbido con lo que el rendimiento siempre será menor que uno:
Habitualmente se expresa el rendimiento en porcentaje, multiplicando el valor anterior por cien. Para las máquinas más comunes este rendimiento se encuentra en torno al 20%.
Usando la expresión anterior del trabajo, el rendimiento se puede calcular también como:
Rendimiento de una máquina térmica motora
Rendimiento interno
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El trabajo específico máximo que puede obtenerse en la expansión de un fluido está definido por la diferencia de entalpías entre el fluido a la entrada y las condiciones isoentrópicas a la presión de salida. En cambio el trabajo real es menor a éste debido al aumento de la entropía.
Rendimiento mecánico
El rendimiento mecánico es la relación entre potencia efectiva ((), que es la potencia obtenida en el eje, y la potencia interna ((), que es la variación por unidad de tiempo de la energía del fluido. La potencia efectiva resulta de restar a la potencia indicada menos la potencia de pérdidas mecánicas (), que es disipada el rozamiento de elementos mecánicos (cojinetes, retenes, etc.) y en el accionamiento de elementos auxiliares (bomba de aceite, ventiladores, etc.)
Rendimiento isoentrópico
El rendimiento isoentrópico relaciona la potencia obtenida en el eje con potencia máxima del proceso isoentrópico en las mismas condiciones de contorno.
Rendimiento de una máquina térmica generadora
Rendimiento interno
El trabajo específico mínimo para comprimir un fluido desde un estado térmico hasta una presión determinada es igual al salto entálpico del
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correspondiente proceso isoentrópico, de forma que un proceso real presentará mayor diferencia de entalpías del fluido entre la entrada y la salida.
Rendimiento mecánico
El rendimiento mecánico es la relación entre potencia efectiva (W e), que es la potencia obtenida en el eje, y la potencia interna (W i), que es la variación por unidad de tiempo de la energía del fluido. La potencia efectiva resulta de restar a la potencia indicada menos la potencia de pérdidas mecánicas (W pm), que es disipada el rozamiento de elementos mecánicos (cojinetes, retenes, etc.) y en el accionamiento de elementos auxiliares (bomba de aceite, ventiladores, etc.)
Rendimiento isoentrópico
El rendimiento isoentrópico relaciona potencia mínima del proceso isoentrópico en las mismas condiciones de contorno con la potencia suministrada en el eje.
Clasificación de las maquinas térmicas
Según el sentido de transferencia de energía
Las máquinas térmicas pueden clasificarse, según el sentido de transferencia de energía, en:
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Máquinas térmicas motoras, en las cuales la energía del fluido disminuye al atravesar la máquina, obteniéndose energía mecánica en el eje.
Máquinas térmicas generadoras, en las cuales la energía del fluido aumenta al atravesar la máquina, precisándose energía mecánica en el eje.
Según el principio de funcionamiento
Atendiendo al principio de funcionamiento, las máquinas térmicas se clasifican en:
Máquinas volumétricas o máquinas de desplazamiento positivo, cuyo funcionamiento está basado en principios mecánicos e hidrostáticos, de manera que el fluido en algún instante está contenido en un volumen limitado por los elementos de la máquina. En este tipo de máquinas el flujo es pulsatorio. Se dividen a su vez en dos tipos según el movimiento del órgano propulsor:
Alternativas, cuyo movimiento es rectilíneo; Rotativas, cuyo movimiento es circular.
Turbomáquinas, cuyo funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido y un rodete. En estas máquinas el flujo es continuo.
Balance de energía en una máquina térmica
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Un sistema abierto es aquel que intercambia materia y energía con el entorno. Aplicando el primer principio de la termodinámica para un sistema abierto, el incremento de energía del sistema en un intervalo de tiempo es:
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Análisis critico Se nos plantea el problema de obtener energía de alta calidad que podamos utilizar (trabajo mecánico que luego podamos convertir en energía eléctrica, por ejemplo) a partir de la energía disponible en los recursos (energía química que transformamos en térmica si usamos combustibles o energía radiante que también transformamos en térmica si usamos fuentes renovables como el Sol).
Para resolver este problema Sadi Carnot (ingeniero y primer autor de la termodinámica) se planteó la posibilidad de realizar un ciclo en el que un fluido atravesara distintas etapas con el objeto de transformar calor de una fuente (reservorio) a alta temperatura en trabajo, cediendo el calor sobrante a una fuente a menor temperatura, tal y como dice el segundo principio.
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REFRIGERACIÓN La refrigeración es un proceso termodinámico, donde se extrae el calor de un cuerpo o espacio (bajando así su temperatura) y llevarlo a otro lugar donde no es importante su efecto. Los fluidos utilizados para extraer la energía cinética promedio del espacio o cuerpo a ser enfriado, son llamados refrigerantes, los cuales tienen la propiedad de evaporarse a bajas temperaturas y presiones positivas.
Durante la década de los 90 casi todos los países firmaron y consecuentemente ratificaron el Protocolo de Montreal de San Ignacio y sus correcciones posteriores. Este acuerdo incluye una escala de tiempo estricto para la desaparición de refrigerantes que ataca el ozono y requiere el uso provisional hasta su sustitución por refrigerantes que no dañen el ozono. Este cambio resultó en el aumento de la variedad de refrigerantes de uso común existentes de 3 a 4 veces mayor y en la necesidad de asegurarse de que las prácticas de los ingenieros sean muy exigentes.
Figura 7. Sistema de refrigeracion
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La firma del Acuerdo de Kyoto hace que aumente la necesidad de las prácticas ya que muchos de los sistemas de refrigeración y de aire acondicionado usan una considerable cantidad de energía y por lo tanto contribuyen ya sea directa o indirectamente al calentamiento global.
La gama de aparatos de refrigeración para la enseñanza y software de ordenador de la empresa ha sido diseñada para enseñar a los estudiantes los principios básicos de la refrigeración, para así asegurarse de que la próxima generación de ingenieros sea capaz de comprender y contribuir a los cambios fundamentales que están ahora dándose lugar en la industria de la refrigeración.
Entre otras formas:
Aprovechar diferencias de temperaturas entre el medio receptor y
emisor. Transfiriendo el calor por convección, conducción o radiación.
Usar un proceso que requiera una aportación externa de energía en
forma de trabajo, como el ciclo de Carnot.
Aprovechar el efecto magnetocalórico de los materiales, como en la
desimanación adiabática.
Las aplicaciones de la refrigeración son entre muchas:
La climatización, para alcanzar un grado de confort térmico adecuado
para la habitabilidad de un edificio.
La conservación de alimentos, medicamentos u otros productos que
se degraden con el calor. Como por ejemplo la producción de hielo o nieve, la mejor conservación de órganos en medicina o el transporte de alimentos perecederos.
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Los procesos industriales que requieren reducir la temperatura de
maquinarias o materiales para su correcto desarrollo. Algunos ejemplos son el mecanizado, la fabricación de plásticos, la producción de energía nuclear.
La criogénesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas empleada
para licuar algunos gases o para algunas investigaciones científicas.
Motores de combustión interna: en la zona de las paredes de los
cilindros y en las culatas de los motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. El líquido refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo cero.
Máquinas-herramientas-videojuegos:
las
máquinas
herramientas
también llevan incorporado un circuito de refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladrina o aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar rápidamente, los videojuegos tienen un circuito de refrigeración, por ejemplo el play station 2-3.
Métodos de enfriamiento
Los métodos más antiguos para enfriar son la evaporación, como en el caso del botijo (proceso adiabático); o la utilización del hielo o la nieve naturales. Para la preparación de refrescos o agua fría, se bajaba nieve de las montañas cercanas (a menudo por las noches) que se guardaba en
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pozos y, en las casas, en armarios aislados, que por esa razón se llamaban neveras.
Más tarde se consiguió el enfriamiento artificial mediante los métodos de compresión y de absorción.
El método por compresión es el más utilizado, sin embargo el método por absorción solo se suele utilizar cuando hay una fuente de calor residual o barato, como en la trigeneración.
Otros métodos son mediante un par termoeléctrico que genera una diferencia de temperatura; mediante una sustancia fría, como antiguamente el hielo y hoy en día la criogenia, con nitrógeno líquido o mezcla de sustancias, como sal común y hielo.
Otra posibilidad, aún en investigación y sin aplicación comercial, es utilizar el efecto magnetocalórico.
Al igual que se puede aprovechar diferencias de temperatura para producir calor, para crear diferencias de calor se requiere energía. A veces se llama refrigeración simplemente a mejorar la disipación de calor, como en la refrigeración de los motores térmicos, o simplemente la ventilación forzada para sustituir aire caliente por aire más fresco.
Figura 8. Sistema de refrigeración del motor.
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Tipos de ciclos
Ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor
En este ciclo de refrigeración el refrigerante se evapora y se condensa alternadamente para luego comprimirse en la fase de vapor. Está compuesto por 4 procesos:
Compresión isentrópica en un compresor.
Disipación de calor a presión constante en un condensador.
Estrangulamiento en un dispositivo de expansión.
Absorción de calor a presión constante en un evaporador.
De acuerdo a los procesos anteriores, el refrigerante entra al compresor en el estado 1 como vapor saturado y se comprime isentrópicamente hasta la presión del condensador. La temperatura del refrigerante aumenta durante el proceso de compresión isentrópica, hasta un valor muy superior al de la temperatura del medio circundante. Después el refrigerante entra en el condensador como vapor sobrecalentado en el estado 2 y sale como líquido saturado en el estado 3, como resultado de la disipación de calor hacia el entorno. El refrigerante, como líquido saturado en el estado 3, se dilata hasta la presión del evaporador al pasarlo por una válvula de expansión o por un tubo capilar. La temperatura del refrigerante desciende por debajo de la temperatura del espacio refrigerado durante este proceso. El refrigerante entra en el evaporador en el estado 4 como vapor húmedo de baja calidad y se evapora por completo absorbiendo calor del espacio refrigerado. El refrigerante sale del evaporador como vapor saturado y vuelve a entrar al compresor completando el ciclo.
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Ciclo real de refrigeración por compresión de vapor
Difiere de uno ideal debido a situaciones irreversibles que ocurren en varios componentes. Dos fuentes comunes de irreversibilidad son la fricción del fluido y la transferencia de calor hacia o desde los alrededores. El proceso de compresión real incluye efecto s de fricción, los cuales incrementan la entropía y la transferencia de calor lo cual puede aumentar o disminuir la entropía dependiendo de la reacción.
Figura 9. Sistema del ciclo real de refrigeración por comprensión de vapor.
Sistemas de refrigeración en cascada
Un ciclo de refrigeración en cascada consiste en efectuar el proceso de refrigeración por etapas, es decir, dos o más ciclos de refrigeración que operan en serie. En un ciclo de refrigeración de dos etapas, los ciclos se conectan por medio de un intercambiador de calor en medio, el cual sirve como evaporador para el ciclo superior y como condensador en el ciclo inferior. Suponiendo que el intercambiador de calor está bien aislado y que las energías cinéticas y potenciales son despreciables, la transferencia de calor del fluido en el ciclo inferior debe ser igual a la transferencia de calor del
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fluido en el ciclo superior. En el sistema de cascada los refrigerantes en ambos ciclos se suponen iguales.
Figura 10. Esquema del sistema de refrigeración cascada
Sistemas de refrigeración por compresión de múltiples etapas
Cuando el fluido utilizado por todo el sistema de refrigeración en cascada es el mismo, el intercambiador de calor se puede sustituir por una cámara de mezclado puesto que tiene las mejores características de transferencia de calor. A dichos sistemas se les denomina sistemas de refrigeración por compresión de múltiples etapas. El proceso de compresión en este sistema es similar a una compresión de dos etapas, entonces el trabajo del compresor disminuye.
Sistemas de refrigeración de usos múltiples con un solo compresor
Algunas aplicaciones requieres refrigeración a más de una temperatura. Esto puede lograse con una válvula de estrangulamiento independiente y un 34
compresor por separado para cada evaporador que opere a temperaturas diferentes, sin embargo un modelo más práctico es enviar todos lo flujos de salida de los evaporadores a un solo compresor y dejar que este maneje el proceso de compresión para el sistema completo.
figura 11. Sistema de ciclo de doble etapa
Sistemas de refrigeración por absorción
Otra forma de refrigeración cuando se tiene una fuente de energía térmica barata a una temperatura de 100 a 200º C es la refrigeración por absorción. Como su nombre lo indica, los sistemas se refrigeración
por
absorción
implican
la
absorción de un refrigerante por un medio de transporte. El sistema de refrigeración por absorción mas utilizado es el sistema amoniaco-agua, donde el amoniaco (NH3) sirve como refrigerante y el agua (H2O) es el medio de transporte. Fig. 12 Sistema por absorción 34
REVERSIBILIDAD E IRREVERSIBILIDAD TERMODINAMICA Es la capacidad de un sistema termodinámico macroscópico de experimentar cambios de estado físico, sin un aumento de la entropía, resultando posible volver al estado inicial cambiando las condiciones que provocaron dichos cambios.
Una definición más fácil puede ser la capacidad de un objeto para volver a su estado original.
Figura 13. Dilatación y contracción de un gas por la presión
Un ejemplo típico de reversibilidad es el que se da en los materiales elásticos que pueden variar su estado de deformación y tensión bajo la acción de ciertas fuerzas y volver a su estado inicial cuando las fuerzas dejan de actuar sobre el material.
Ejemplos de reversibilidad:
Fundir el hielo y luego volver a congelarlo
Evaporar el agua y volver a condensarla.
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Ejemplos de elasticidad:
Estirar un resorte una longitud corta (luego se recupera la forma del
resorte)
Estirar un hule una longitud corta y tiempo corto (luego se recupera la
forma del hule)
Ejemplos de irreversibilidad:
Envejecer
Hornear un pastel
Cocinar un huevo
Estirar un hule por tiempos largos, de manera que la forma original no
se recupere más.
Una reacción química puede ser reversible, si es posible que ocurra en ambos sentidos: A <==> B + C O Irreversible si solo puede ocurrir en un sentido: A --> B + C
El físico alemán Rudolf Clausius, en los años 50 del siglo XIX, fue el primero en cuantificar matemáticamente el fenómeno de la irreversibilidad en la naturaleza, y lo hizo a través de la introducción del concepto de entropía.
En su escrito de 1854 "Sobre la modificación del segundo teorema fundamental en la teoría mecánica del calor", Clausius afirma:
Podría ocurrir, además, que en lugar de un descenso en la transmisión de calor que acompañaría, en el único y mismo proceso, la transmisión en aumento, puede ocurrir otro cambio permanente, que tiene la peculiaridad de
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no ser reversible, sin que pueda tampoco ser reemplazado por un nuevo cambio permanente de una clase similar, o producir un descenso en la transmisión de calor.
En termodinámica, el concepto de irreversibilidad se aplica a aquellos procesos que, como la entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde esta perspectiva termodinámica, todos los procesos naturales son irreversibles.
El fenómeno de la irreversibilidad resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas es trasladado de un estado termodinámico a otro, ello dará como resultado que la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho sistema variará.
Cierta cantidad de "energía de transformación" se activará cuando las moléculas del "cuerpo de trabajo" interaccionen entre sí al cambiar de un estado a otro. Durante esta transformación, habrá cierta pérdida o disipación de energía calorífica, atribuible al rozamiento intermolecular y a las colisiones. Lo importante es que dicha energía no será recuperable si el proceso se invierte.
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Figura 14. Proceso de reversibilidad e irreversibilidad termodinámica.
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Análisis critico
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Ciclo de carnot
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Análisis critico
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Entropía
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Análisis critico
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CONCLUSIÓN La segunda ley de la termodinámica surge como una respuesta al vació e incomprensión que deja la primera ley con respecto a lo sistemas irreversible los cuales son prácticamente ignorados, con la segunda ley aparece un nuevo termino llamado eficiencia y rendimiento térmico, estos dos términos son muy importante para la industria por que permiten determinar cual es el rendimiento de una maquina térmica ya sea un refrigerador o una bomba de calor obteniendo así información acerca del proceso termodinámico y por ende la modificación o el diseño de un refrigerador o bomba de calor optimo. Se pudo observar el por que las industrias que tuvieran una maquina térmica buscaban fuentes de agua naturales y espacios apartados, todo esto debido a que uno de los principios de la segunda ley son fuentes de baja y alta temperatura que puedan mantenerse constantes sin importar la transferencia de calor. Por ultimo el principio mas fundamental de esta ley es la experimentación practica ya que de ahí provienen dos de los postulados base de esta ley.
Una bomba de calor es similar a un refrigerador la única diferencia es el propósito de la maquina térmica mientras que en un refrigerador se quiere que haya una transferencia de calor del entorno a la maquina térmica logrando asi bajar la temperatura del entorno, en la bomba la transferencia sucede desde la maquina térmica al entorno buscando asi el calentamiento del ambiente.
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