Segunda ley de la termodinámica

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Segunda ley de la termodinámica

  1. 1. La Segunda Ley de la termodinámicaEl primer principio o primera Ley de la Termodinámica es complementado por elsegundo principio de la Termodinámica. En efecto, la primera ley estable laconservación de la energía en todos los procesos. No obstante, la intuiciónindica que unas formas de energía son más valiosas que otras. La primera Leyno predice la dirección o extensión de un proceso dado, la segunda Ley si puederesolver estos cuestionamientos como luego se observará.A la segunda Ley de la Termodinámica se le conoce también como Principio dela Entropía y establece que todo proceso es “degenerativo”, esto es, que si elresultado del proceso es una degradación de la energía, en cuanto a sucapacidad de hacer trabajo, el proceso ocurrirá.Lo anteriormente expresado puede complementarse si decimos que no puedeutilizarse para producir trabajo. Su valor alcanzará un máximo cuando elsistema se acerque al equilibrio. En otras palabras, el universo tiende a distribuirla energía uniformemente, es decir, a maximizar la entropía. En consecuencia,describe la irreversibilidad de los procesos energéticos. Fuente: Termodinámica-Cengel & Boles 6ta.EdicTodo lo expresado anteriormente significa reconocer el rendimientotermodinámico, o sea que, frente a una cantidad constante de energía existe unapérdida inevitable de la calidad de la misma. En otras palabras, si el primerprincipio de la termodinámica nos decía: nada se pierde todo se transforma; elsegundo principio significa que una parte de esa energía ya no se puede utilizaren el proceso o futuros procesos.Por lo tanto, el segundo principio de la Termodinámica nos dice que elrendimiento de la transformación de una forma de energía en otra es siempreinferior a uno, lo cual se dijo con anterioridad, recordando
  2. 2. Ei Eo Eap Dónde: Ei = Energía Neta o Energía de entrada Eo = Energía útil o de salida Eap = Energía almacenada o pérdida (calor)Lo que implica la no existencia de máquinas perfectas, con un rendimiento del100%.El concepto de energía pérdida no quiere decir, de ninguna manera, que estaenergía desaparece, lo que acontece es que esa parte de la energía se degradade forma tal que no se puede utilizar.Por lo tanto, siempre hay pérdidas de transformación cuando se pasa de unaforma de energía a otra. Por ejemplo, la energía eléctrica se puede transformaren calor. Si tenemos 10 Wh se tendría la capacidad de producir 8,600 caloríasaproximadamente, pero ese número de calorías no pueden producir 10 Wh.El segundo principio reconoce el rendimiento termodinámico; frente a unacantidad constante de energía existe una pérdida inevitable de la calidad de lamisma. Determina a la vez, que no es la energía la que se modifica, pero sí undistintivo o cualidad que ella posee y se manifiesta en forma diferente en sunaturaleza, esto es, su capacidad para producir trabajo. Los dos principios soncomplementarios: la cantidad es constante, la calidad se degrada.La disminución irreversible de la energía disponible para producir trabajo serepresenta por esa cualidad llamada entropía.Para enfatizar el concepto, se puede indicar que la Segunda Ley de laTermodinámica puede enunciarse en diferentes formas, y todas son
  3. 3. equivalentes en sus consecuencias. Aquí solo se presentarán dos de las más conocidas: Postulado de Clausius: No es posible que el calor pase, por sí solo, desde un régimen de menor temperatura hasta otra de mayor temperatura. De lo anterior se infiere lo siguiente: 1. El calor fluye siempre de mayor a menor temperatura. 2. No puede existir ningún dispositivo o máquina cuyo único efecto sea la transferencia de calor, desde una región fría a otra caliente. 3. La energía se degrada paulatinamente al realizarse un proceso de transferencia de calor, puesto que su capacidad de hacer trabajo disminuye. 4. Establece la dirección del proceso, es decir, de mayor a menor temperatura. Nótese que una bomba térmica así como un refrigerador no violan la segunda Ley de la Termodinámica, debido a que en ambos sistemas se requiere de un trabajo para realizar la transferencia de calor, desde una región fría hasta otra caliente. Postulado de Kelvin – Planck: No es posible para cualquier dispositivo operar cíclicamente, producir trabajo, e intercambiar calor solamente con una región de temperatura constante. En consecuencia, toda máquina que funcione en forma cíclica y produzca trabajo, no solo debe captar calor de una región a alta temperatura, sino también debe disipar una fracción del mismo hacia una región de menor temperatura. Este postulado pone de manifiesto el hecho de que la energía se degrada en todos los procesos. Por ejemplo, si se considera una planta de vapor de generación de energía eléctrica, se observa que solamente una parte de la fracción liberada por el combustible se aprovecha en trabajo. Lo mismo sucede en un motor de combustión interna, donde solo una parte de la energía liberada por el combustible se aprovecha en trabajo, la mayor parte se va a la atmósfera.En conclusión, la 2da Ley de la Termodinámica, nos garantiza que laEquivalencia energética de los distintos medios portadores de energía nosignifica igualdad; de hecho, la ley de la entropía, o de la irreversibilidad,genera una desigualdad en la conversión de un medio portador de energía enotro. Por esta razón, la transformación de la energía está siempre sujeta ainevitables pérdidas y, en tanto la energía mecánica podrá siempre sertransformada en calor con una eficiencia de 100%, por el contrario, latransformación de la energía térmica en energía mecánica exige siempre que el
  4. 4. proceso se realice entre dos niveles de temperatura y en condición ideal, loque está sujeto al rendimiento máximo de un ciclo reversible de Carnot,indicado por la fórmula1: T2  T1  T2Donde  = rendimiento máximo termodinámicoT1= temperatura del lado frío, [°Kelvin] T2= temperatura del lado caliente, [°Kelvin]El significado práctico del segundo principio de la termodinámica es simple: laconversión de calor en energía mecánica es posible únicamente si existe ungradiente de temperatura entre una fuente caliente y una fuente fría. El dispositivoque convierte la energía tomará calor de la parte caliente del sistema y entregaraese calor a la temperatura de la parte fría después de haber tomado una parte de laenergía. El rendimiento termodinámico del proceso es directamente proporcional ala diferencia de las temperaturas entre el lado caliente y el lado frío e inversamenteproporcional a la temperatura absoluta del lado caliente. UNA SIMPLIFICACIÓN PRÁCTICA DE LOS DOS PRINCIPIOS NOS DICE, POR UNA PARTE, QUE LA ENERGÍA, EN UN PROCESO, SÓLO PUEDETRANSFORMARSE Y, POR OTRA, QUE DICHA TRANSFORMACIÓN NO PODRÁSER TOTALMENTE EFICIENTE Y, POR TANTO, NO PODRÁ SER TOTALMENTE REVERSIBLE.1 Alessandro Barghini. Curso para la realización de estudios de uso final de la electricidad en los sectores residencial ycomercial.

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