La unidad 4 aborda los principios de la termodinámica, centrándose en el primer y segundo principio, que establecen la conservación de la energía y las limitaciones en procesos naturales y máquinas térmicas. Se explican los ciclos de refrigeración y calefacción, junto con las eficiencias teóricas, como el ciclo de Carnot, que sirve como un límite superior para el rendimiento de máquinas. Los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius delimitan las capacidades de los dispositivos térmicos en cuanto al flujo de energía y trabajo realizado.

1. UNIDAD 4: SEGUNDO PRINCIPIO DE LA
TERMODINÁMICA
Primer Principio: Ley CUANTITATIVA. Conservación de la Energía.
Segundo Principio: Ley CUALITATIVA. Permite establecer:
a) Sentido de las evoluciones en procesos naturales.
b) Calidad de la energía
c) Límites teóricos en el desempeño de instalaciones y sistemas de uso común en
ingeniería
Formulación de la Segunda Ley de la termodinámica:
d) A partir del principio de operación de Máquinas Térmicas y Máquinas Frigoríficas
e) Función Entropía (S)
NINGÚN PROCESO REAL OCURRE SINO SE SATISFACEN
SIMULTÁNEAMENTE LAS DOS LEYES DE LA TERMODINÁMICA

2. X

6. Esquema de una central eléctrica de vapor
Wneto salida = Wturbina – Wbomba
Wneto salida = Qentrada – Qsalida

8. EFICIENCIA TÉRMICA
=
=
=
Enunciado de Kelvin Planck de la Segunda Ley de la
Termodinámica :
Es imposible que un dispositivo operando en un ciclo termodinámico,
reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de
trabajo.
Ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia del 100 %

9. MÁQUINAS FRIGORÍFICAS
PRINCIPIO DE OPERACIÓN
Según el objetivo:
1. REFRIGERADORES: mantener un espacio refrigerado. Ej. heladera, freezer,
cámara frigorífica, etc.
2. BOMBAS DE CALOR: calefaccionar un ambiente. Ej: aire acondicionado frío-
calor.

10. COEFICIENTES DE OPERACIÓN PARA REFRIGERADORES Y
BOMBAS DE CALOR

11. 𝑪𝑶𝑷 𝑩𝑪=
𝑸𝑯
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂
=
𝑸𝑯
𝑸𝑯 −𝑸𝑳
=
𝟏
𝟏−
𝑸𝑳
𝑸𝑯
REFRIGERADORES
BOMBAS DE CALOR

12. ENUNCIADO DE CLAUSIUS DE LA SEGUNDA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico y cuyos únicos
efectos sean el flujo de calor hacia el sistema desde una fuente fría y el
flujo de una cantidad igual de calor desde el sistema hacia la fuente
caliente.
El enunciado de Clausius aplica a las máquinas frigoríficas, que para
funcionar necesitan que se realice trabajo sobre el sistema.

13. CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR

14. CICLO DE CARNOT

15. CICLO DE CARNOT INVERSO

16. EFICIENCIA DE CARNOT
Ecuación del primer principio para sistema cerrado, considerando un mol de gas ideal:
du = δq - δw = δq − pdV
Para un gas ideal se cumple que: du = Cv dT y p = nRT/V
Sustituyendo en el primer principio: CvdT = δq − nRTdV/V
Dividiendo m a m por T, se obtiene: CvdT/T = δq/T − nRdV/V
Integrando sobre el ciclo de Carnot: CvdT/T =
∮ ∮ δq/T − nR dV/V
∮
∮ CvdT/T = 0 y dV/V = 0
∮ por ser integrales cíclicas de funciones de estado. Por tanto, la igualdad
se transforma en:∮ δq/T = 0
Escribiendo los cuatro términos de la integral (uno para cada etapa del ciclo de Carnot): ∮δq/T= ∮12δq/T
+ ∮23δq/T + ∮34δq/T + ∮41δq/T
Las etapas adiabáticas (2→3 y 4→1) tienen δq = 0 = qC / TC + qF / TF → TF / TC = qF / qC
Por lo tanto, para una máquina térmica de Carnot será: =
Esta expresión da el rendimiento de una máquina térmica reversible operando entre dos
temperaturas TC (foco caliente) y TF (foco frío). El rendimiento sólo depende de la diferencia de
temperaturas entre ambos focos.
Una máquina reversible no existe en la realidad, todas las máquinas trabajan con cierta
irreversibilidad, por ello, el ciclo de Carnot representa un límite máximo de rendimiento no
pudiendo ser superado por ninguna máquina real.

17. COP PARA REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR DE CARNOT
LOS PRINCIPIOS DE CARNOT
1. La eficiencia de una máquina térmica irreversible es siempre
menor que la eficiencia de una reversible operando entre los
mismos dos reservorios.
2. La eficiencia de todas las máquinas térmicas reversibles
operando entre los mismos dos reservorios es la misma.