DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS FISICA II TEMA: ENTROPA Y MQUINAS TRMICAS NOMBRE: GEOVANNA PUCHAICELA FECHA: 08/07/2015 NRC: 1848 TEMA: Entalpia y mquinas trmicas OBJETIVO: Reforzar los conocimientos adquiridos en clases referentes a los temas de entropa y mquinas trmicas. DESARROLLO: MAQUINAS TRMICASLa termodinmica nace del estudio de las maquinas trmicas. Sedefinecomomquinatrmicaaundispositivoque opera en un ciclo y produce trabajo a partir de fuentes de caloradiferentestemperaturas.Engeneral,sediceque transforma calor en trabajo. Eficiencia trmica: Es la razn entre utilidady costo. Para una maquina ter micala utilidad es el trabajoW = QH QL y el costo es el calor QH de la fuente a TH , por lo que: Observe que T [0, 1], por definicin. Enunciado de Kelvin-Planck Es imposible construir una mquina trmica que, funcionando en un ciclo, no produzca otroefectoquelaentradadeenergaporcalordeundepsitoylarealizacindeuna cantidad igual de trabajo. (Serway, 2008) Ya que: Es imposible, si la operacin es cclica. Esnecesarioquelamaquinaliberecaloralafuentede baja, es decir T < 1. Bomba de calor No existe una maquinatrmica que opere con eficiencia trmica 1.Unamaquinatrmicaoperadaenreversaesunabombadecalor.Consume trabajo y transfiere calor de una fuente de baja a una de alta. Su eficiencia se mide a travs del coeficiente de performance (COP) No es estrictamente una eficiencia ya que COPB 1. Refrigerador Elcicloanteriorsepuedeconsiderarcomounrefrigerador,encuyocaso,la utilidad es el calor QL extrado de la fuente de baja. Evidentemente, COPB y COPR no son independientes, sino que: (Eva.Fing, 2013) Comparacin: Enunciado de Clausius Es imposible construir una mquina cclica cuyo nico efecto sea transferir energa de manera continua mediante calor desde un objeto a otro a una mayor temperatura sin la entrada de energa por trabajo. (Serway, 2008) Ya que: Es imposible, si la operacin es cclica.Es necesario que la bomba consuma algo de trabajo, es decir COPB finito. (Eva.Fing, 2013) La mquina de Carnot. El ciclo de Carnot, el paradigma de los ciclos reversibles, se realiza en cuatro etapas, dos adiabticas y dos isotermas. En unaimplementacin posible del ciclo se usa un gas en un cilindro ajustado por un pistn. No existe una bomba de calor que opere con COPB = .Ninguna mquina trmica que funcione entre dos depsitos de energa puede ser ms eficiente que una mquina de Carnot que funcione entre los mismos dos depsitos. a) En el proceso AB, el gas se expande isotrmicamente mientras est en contacto con un depsito a Th. b) En el proceso BC, el gas se expande adiabticamente (Q = 0). c) En el proceso CD, el gas se comprime isotrmicamente mientras est en contacto con un depsito a Tc A, el gas se comprime adiabticamente. Las flechas sobre el pistn indican la direccin de su movimiento durante cada proceso. . APLICACIONES: MQUINAS O MOTORES TRMICOSConviertenenergatrmicaenenergamecnica,aplicandoelsegundoprincipiodela termodinmica (W=Qc-Qf).Clasificacin: DE COMBUSTIN INTERNA: (la combustin se produce dentro del motoren mismo lugar donde se encuentran alojados los mecanismos de transmisin y transformacin del movimiento). ALTERNATIVOS(elmovimientoproducidoesalternativo)-Motoresde explosin o de encendido provocado (motores Otto) - Motores de combustin, de encendido por comprensin (motores Diesel)ROTATIVOS(elmovimientoproducidoesrotativo)-MotorWankel(motor rotativo volumtrico) - Turbinas de gas de ciclo abierto (motores de propulsin-aviacin). DE COMBUSTIN EXTERNA: (la combustin se produce en el exterior del motor-en diferentelugaradondeseencuentranlosmecanismosdetransmisindelmovimiento, siendo un fluido intermedio el encargado de provocar el movimiento de la mquina). ALTERNATIVOS - Mquina de vapor - Motor StirlingROTATIVOS - Turbinas de vapor (en centrales trmicas y nucleares) - Turbinas de gas de ciclo cerrado (en plantas o industrias de cogeneracin). (Xunta.es, 2012) ENTROPA Si se considera un sistemaysus alrededores para incluir todo el Universo, el Universo siempre se mueve hacia un macro estado que corresponde a mayor desorden. Ya que la entropa es una medida de desorden, una manera alternativa de establecer esta ley es que la entropa del Universo aumenta en todos los procesos reales. Esteenunciadoesotraformadeenunciarlasegundaleydelatermodinmicaque,se puede demostrar, es equivalente a los enunciados de KelvinPlanck y de Clausius. Se considera que la temperatura es constante porque el proceso es infinitesimal. Ya que laentropaesunavariabledeestado,elcambioenentropaduranteunprocesoslo La formulacin original de entropa en termodinmica involucra la transferencia de energa por calor durante un proceso reversible. Considere cualquier proceso infinitesimal en el que un sistema cambia de un estado de equilibrio a otro. Si dQes la cantidad de energa transferida por calor cuando el sistema sigue una trayectoria reversible entre los estados, el cambio en entropa dS es igual a esta cantidad de energa para el proceso reversible dividida entre la temperatura absoluta del sistema:depende de los puntos extremos, por lo que es independiente de la trayectoria real seguida. Enconsecuencia,elcambioenentropaparaunprocesoirreversiblesedeterminaal calcular el cambio en entropa para un proceso reversible que conecta los mismos estados inicial y final. (Serway, 2008) Cambio en entropa para un proceso finito:

Cambio en entropa para un proceso irreversible: La entropa total de un sistema aislado que se somete a un cambio no puede disminuir. Adems, si el proceso es irreversible, la entropa total de un sistema aislado siempre aumenta.Enunprocesoreversible,laentropatotaldeunsistemaaislado permanece constante. Bibliografa Eva.Fing.(2013).FisicaTermica.Recuperadoel08de07de2015,de https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/8512/mod_resource/content/0/Fichas_y_Notas_de_Teorico/Ficha_Guia_3_Maquinas_Termicas.pdf Serway, R. J. (2008). Fisicapara Ciencias e Ingenierias - Septima Edicion. Mexico DF: Ceangage Learning Editores. Xunta.es.(2012).MaquimasoMotorestermicos.Recuperadoel08de07de2015,de http://www.edu.xunta.es/centros/iescamposanalberto/aulavirtual/file.php/117/mquinastrmicasteoria.pdf