MEDINA GARCÍA CECILIA SARAI

» Un proceso reversible se define como un proceso que sepuede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores.

» Es decir, tanto el sistema como los alrededores vuelven asus estados iniciales una vez finalizado el proceso inverso.Esto es posible sólo si el intercambio de calor y trabajonetos entre el sistema y los alrededores es cero para elproceso combinado (original e inverso). Los procesos queno son reversibles se denominan procesos irreversibles.

» Es posible volver un sistema a su estado original siguiendoun proceso, sin importar si éste es reversible o irreversible.Pero para procesos reversibles, esta restauración se hacesin dejar ningún cambio neto en los alrededores, mientrasque para procesos irreversibles los alrededoresnormalmente hacen algún trabajo sobre el sistema, por lotanto no vuelven a su estado original.

¤Los procesos reversibles en realidad no ocurren en la naturaleza, sólo sonidealizaciones de procesos reales. Los reversibles se pueden aproximarmediante dispositivos reales, pero nunca se pueden lograr; es decir, todos losprocesos que ocurren en la naturaleza son irreversibles.

¤Quizá nunca se tenga un proceso reversible, pero es posible aproximarse. Amedida que se tiende hacia un proceso reversible, un dispositivo entrega elmayor trabajo posibles y consume el menor trabajo.

¤El concepto de proceso reversible conduce a la definición de eficiencia según lasegunda ley para procesos reales, que es el grado de aproximación al procesoreversible correspondiente. Mientras mejor sea el diseño, menores son lasirreversibilidades y mayor es la eficiencia según la segunda ley.

Los factores que causan que un proceso sea irreversible se llaman irreversibilidades, las cuales son:

♣la fricción

♣la expansión libre,

♣el mezclado de dos fluidos,

♣la transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita,

♣la resistencia eléctrica,

♣la deformación inelástica de sólidos

♣y las reacciones químicas.

• La fricción es una forma familiar de irreversibilidad relacionada concuerpos en movimiento. Cuando dos cuerpos en contacto son forzados amoverse uno respecto al otro (ejemplo, un émbolo en un cilindro).Mientras más grandes sean las fuerzas de fricción, más irreversible es elproceso.

• La fricción no siempre tiene relación con dos cuerpos sólidos en contacto.También se encuentra entre un fluido y un sólido e incluso entre las capasde un fluido que se mueve a distintas velocidades.

• Ejemplos:Expansión libre de

un gas

De las consideraciones de conservación

de la energía, se puede demostrar sin

dificultad que la cantidad de calor

transferida del gas es igual a la cantidad

de trabajo que los alrededores realizan

sobre el gas. La restauración de los

alrededores requiere convertir por

completo este calor en trabajo, lo cual

violaría la segunda ley.

La transferencia de calor puedeocurrir sólo cuando hay unadiferencia de temperatura entreun sistema y sus alrededores, porlo tanto es físicamente imposibletener un proceso de transferenciade calor reversible. Pero unproceso de transferencia de calorse vuelve cada vez menosreversible a medida que ladiferencia de temperatura entrelos dos cuerpos se aproxima acero.

Transferencia de

calor

La energía interna de éstosse incrementa en unacantidad igual en magnitudal trabajo suministradoal refrigerador. Restablecerlos alrededores a su estadoinicial sólo es posible si seconvierte este exceso deenergía internacompletamente en trabajo,lo cual es imposible sinviolar la segunda ley. Comosolamente el sistema, no elsistema y los alrededores,puede ser restablecido a sucondición inicial, latransferencia de calorocasionada por unadiferencia finita detemperatura es un procesoirreversible.

Un proceso representativo tiene que ver con interacciones entre un sistema y susalrededores, y uno reversible no conlleva irreversibilidades relacionadas concualquiera de ellos.

• Un proceso se denomina internamente reversible si no ocurren irreversibilidadesdentro de las fronteras del sistema durante el proceso. Durante un procesointernamente reversible, un sistema pasa por una serie de estados de equilibrio,y cuando se invierte el proceso, el sistema pasa por los mismos estados deequilibrio mientras vuelve a su estado inicial. Es decir, las trayectorias de losprocesos inverso y directo coinciden para un proceso internamente reversible. Elproceso de cuasi-equilibrio es un ejemplo de un proceso internamente reversible.

Se le denomina a un proceso totalmente reversible, onada más reversible, si no tiene que ver conirreversibilidades dentro del sistema o sus alrededores.En un proceso de este tipo no hay transferencia de calordebida a una diferencia finita de temperatura, nicambios de no cuasi-equilibrio y tampoco fricción u otrosefectos disipadores.

Un proceso es denominado externamente reversible si no ocurren

irreversibilidades fuera de las fronteras del sistema durante el proceso. La

transferencia de calor entre un depósito y un sistema es un proceso

externamente reversible si la superficie exterior del sistema está a la

temperatura del depósito.

6-62C Una bebida enlatada fría se deja en un cuarto máscaliente, donde su temperatura se eleva como consecuenciade la transferencia de calor. ¿Es éste un proceso reversible?Explique.

No. Porque se trata de la transferencia de calor a través de una diferencia detemperatura finita.

6-64C ¿Por qué se interesan los ingenieros en los procesos reversibles auncuando nunca se puedan lograr?

Debido procesos reversibles pueden ser abordados en la realidad. Además,dispositivos de producción de trabajo que operan en procesos reversiblesentregan la mayor parte del trabajo, y funcionan los dispositivos que operan enprocesos reversibles consumiendo el menor trabajo.

• 6-67C ¿Cómo distingue entre irreversibilidades internas y externas?

Las irreversibilidades que ocurren dentro de los límites del sistema sonirreversibilidades internas; aquellos que se producen fuera de los límites delsistema

• 6-68C ¿Un proceso reversible de compresión o expansión es necesariamente decuasi-equilibrio? ¿Una expansión o compresión de cuasi-equilibrio esnecesariamente reversible? Explique.

Un proceso de expansión o compresión reversible no puede implicar la expansiónincontrolada o la compresión repentina, y por lo tanto es cuasi-equilibrio. Unproceso de expansión cuasi-equilibrio o compresión, por otra parte, puede implicarirreversibilidades externas (como la transferencia de calor a través de unadiferencia de temperatura finita), y por lo tanto no es necesariamente reversible.

• Yunes A.Cengel, Michael A. Boles, TERMODINAMICA, Séptima edición, Mc Graw Hill, Capitulo 6, p. 294-297