Este documento resume las leyes de la termodinámica y sus implicaciones energéticas. La primera ley establece la conservación de la energía en los sistemas físicos. La segunda ley indica que es imposible que una máquina térmica convierta toda la energía calorífica en trabajo útil. Las máquinas térmicas como motores de combustión interna permiten convertir calor en trabajo mecánico, pero generan calor residual. La eficiencia máxima se logra con máquinas reversibles de Carnot.

1. Un resumen sencillo de estas leyes y de sus consecuencias energéticas Enrique Posada Las leyes de la termodinámica

2. Primera Ley de la termodinámica Establece las relaciones entre los flujos de energía que experimenta un sistema físico y la forma en que cambian sus propiedades

3. Balance de Energía para un Sistema Es la aplicación práctica de la primera ley.

7. Expresión de la primera ley para un sistema que fluye de manera uniforme y estable Q-W = Σ ms (he+ECe+ EPe) - Σ mi (hi+ECi+ EPi) + [ m2(u2+EC2+EP2)- m1(u1+EC1+EP1) ] e= en las salidas de sustancias i=en las entradas de sustancias 1= al inicio del proceso 2= al final del proceso

8. Expresión de la primera ley para un sistema que está sujeto a un ciclo cerrado Q-W = 0

10. Segunda ley de la termodinámica Establece límites y direcciones a los procesos de intercambio energético

13. Maquina térmica para generar trabajo Bomba Turbina W Caldera Qh Condensador Ql

14. Eficiencia térmica de una máquina para generar trabajo η = W / Qh η =1 – Ql/Qh

15. Eficiencia térmica de una máquina para generar trabajo Una máquina reversible permite lograr la máxima eficiencia al trabajar entre dos fuentes dadas de temperatura Th y Tl. Esta máquina se llama de Carnot. Para ella : η =1 – Tl/Th

19. Comparación de procesos reversibles e irreversibles [ m2(u2+EC2+EP2)- m1(u1+EC1+EP1) ] W Q Σ ms (he+ECe+ EPe) Σ me (hi+ECi+ EPi) [ m2(u2+EC2+EP2)- m1(u1+EC1+EP1) ] W revs Qrevs Σ mi (hi+ECi+ EPi) Σ me (he+ECe+ EPe) Qo a To Wc Wrev

20. ¿Cómo se logra la Transmisión de calor reversible cuando hay diferencias de temperatura finita entre el sistema y la fuente de calor ? Se logra esta transmisión de calor Qrev colocando una máquina térmica reversible entre el sistema y la fuente externa a temperatura To, que aproveche la diferencia de temperatura . Esto permite obtener más trabajo neto en el caso de la máquina reversible. La irreversabilidad equivale entonces a un trabajo perdido

22. Se obtiene un trabajo Wc reversible , con eliminación de calor a la fuente Qo, de tal manera que Wc = Qo – Qrevs (primera ley) Qo/To = integral de (dS= ( δQ/T)rev) (segunda ley) Al integrar, se obtiene, para un sistema que fluye de manera uniforme y estable Wc = To (m2s2 – m1s1 + Σ ms – Σ me) –Qrevs Transmisión de calor reversible cuando hay diferencias de temperatura finita entre el sistema y la fuente de calor

23. Trabajo reversible Al combinar las expresiones anteriores, se obtiene : Wrev = Σ me (he-Tose+ECe+ EPe) - Σ mi (hi+ Tosi+ ECi+ EPi) + [ m2(u2-Tos2+EC2+EP2)- m1(u1 – Tos1+EC1+EP1) ]

24. Irreversabilidad I = Σ meTose - Σ mi Tosi + m2Tos2- m1Tos1 - Q

25. Disponibilidad Es el trabajo reversible que se puede lograr llevando la sustancia hasta el equilibrio con el ambiente ( el cual está a To, ho, So, EPo y sin EC). Para sistema estable y de flujo estable: Disponibilidad = (h-Tos+EC+ EP) - (ho +Toso+ EPo) = Dh – To Ds + DEC + DEP