Este documento contiene ejercicios de termodinámica realizados por estudiantes de ingeniería eléctrica de la Universidad Fermín Toro en Venezuela. Explica los principios de la segunda ley de la termodinámica, incluyendo los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius. Luego, presenta una serie de problemas relacionados con la eficiencia de máquinas térmicas y ciclos de Carnot para que los estudiantes los resuelvan.

1. República Bolivariana de Venezuela
Escuela de Ingeniería Eléctrica
Universidad Fermín Toro
Cabudare, Edo Lara.
Ejercicios de Termodinámica
Integrantes:
Deximar Boza C.I: 18705948
Ángel Giménez C.I: 21505175
Douglas Pérez C.I: 9322743
Cabudare. 2015

2. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
1ERA PARTE:
1.- Basándose en el material suministrado, defina con sus propias palabras
la entropía.
La entropía es una propiedad termodinámica que mide el grado de
restricciones que se han removido de un sistema y comúnmente se asocia al grado
de orden que se ha perdido entre un estado y otro. La entropía es una propiedad
extensiva, es decir, la entropía de un sistema complejo es la suma de las entropías
de las partes.
2.- Mediante un ejemplo real explique el principio de Kelvin Plank.
El enunciado de Kelvin-Planck del segundo principio de la termodinámica es el
siguiente:
Es imposible construir una máquina que, operando ciclicamente, produzca
como único efecto la extracción de calor de un foco y la realización de una cantidad
equivalente de trabajo
Este enunciado afirma la imposibilidad de construir una máquina que
convierta todo el calor en trabajo. Siempre es necesario intercambiar calor con un
segundo foco (el foco frío), de forma que parte del calor absorbido se expulsa como
calor de desecho al ambiente.
Matemáticamente, esto implica que el rendimiento de una máquina térmica,
que según el Primer Principio de la Termodinámica podría ser igual a la unidad, es
en realidad siempre menor que la unidad
El enunciado de Kelvin-Planck está enunciado de manera negativa: nos dice
lo que no es posible, no lo que es posible. Se expone además sin justificación previa:
simplemente refleja un hecho empírico, que no ha sido refutado por ninguna

3. experiencia. Es posible, no obstante, justificar el segundo principio de la
termodinámica acudiendo a la visión microscópica de los sistemas.
Este enunciado establece una asimetría entre calor y trabajo. Mientras que según
el primer principio ambas son formas de variar la energía interna de un sistema, el
segundo principio establece una clara diferencia:
 Una máquina puede transformar todo el trabajo en calor (es lo que hace una estufa
eléctrica, por ejemplo).
 Una máquina no puede transformar todo el calor en trabajo.
En el enunciado de Kelvin-Planck es importante la palabra “cíclicamente” ya que sí
es posible transformar todo el calor en trabajo, siempre que no sea en un proceso
cíclico. Por ejemplo, en una expansión isoterma suministramos calor a un gas de
forma que éste aumenta su volumen, realizando trabajo. Todo el calor se transforma
en trabajo, pero el proceso no es cíclico, ya que el volumen final del sistema es
diferente del inicial.
3.- Mediante un ejemplo real explique el principio de Clausius
El enunciado de Clausius del Segundo Principio de la Termodinámica
prohíbe la existencia de refrigeradores ideales
Es imposible un proceso que tenga como único resultado el paso de calor de
un foco frío a un foco caliente
Como el enunciado de Kelvin-Planck, el enunciado de Clausius está
formulado de manera negativa. Expresa un hecho empírico. En términos llanos, el
enunciado de Clausius nos dice que para enfriar algo por debajo de la temperatura
ambiente es necesario un trabajo adicional, esto es, que un frigorífico no funciona
si no se enchufa

4. El enunciado de Clausius establece un sentido para la propagación del calor.
Éste fluye de manera espontánea de los cuerpos calientes a los fríos, nunca a la
inversa.
2DA PARTE. (PROBLEMAS)
15.4 Una máquina térmica trabaja con una eficiencia de 32% durante el verano,
cuando el agua de mar usada para enfriamiento está a 20º C. La planta utiliza vapor
a 350º C para accionar las turbinas. Suponiendo que la eficiencia de la planta
cambia en la misma proporción que la eficiencia ideal ¿Cuál es la eficiencia de la
planta en invierno cuando el agua de mar se encuentra a 10º C?
15.7 Una máquina con una eficiencia de 20% se utiliza para acelerar un tren desde
el reposo hasta 5 m/s. Se sabe que una máquina ideal (de Carnot) con los mismos
depósitos fríos y caliente aceleraría el mismo tren desde el reposo hasta una
velocidad de 6.5 m/s empleando la misma cantidad de combustible. Si la máquina

5. emplea aire a 300 K como un depósito frío, encuentre la temperatura del vapor que
sirve como depósito caliente.
15.10 La eficiencia de una máquina de Carnot es 30%. La máquina absorbe 800 J
de calor por ciclo de una fuente caliente a 500 K. Calcular: a) el calor liberado por
ciclo, b) la temperatura de la fuente fría.

6. 15.13 Una máquina térmica opera en un ciclo de Carnot entre 80º C y 350º C.
Absorbe 20000 J de calor de la fuente caliente por cada ciclo de 1 s de duración.
Calcular: a) la máxima potencia de salida de esta máquina, b) el calor liberado en
cada ciclo.