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Procesos reversibles e
Irreversibles
Contenido
Cuasi equilibrio
Trabajo
Reversibilidades y Disponibilidad
Ciclo de Carnot
Cuasi equilibrio
Estudiaremos el proceso de cuasi-equilibrio que se
produce en situaciones en las que se presenta trabajo
por acción de la frontera móvil de un sistema.
Cuasi equilibrio
Supuestos:
La presión es uniforme
No se considera la gravedad
Se asumen una serie de etapas en cuasi-equilibrio
Cuasi equilibrio
Análisis
Cuasi equilibrio
El trabajo es una función de paso o camino y su
diferencial es inexacta
Nunca se evalúa una variable inexacta en función de
sus estados finales e iniciales
Se asume P constante en cada incremento de volumen
Cuasi equilibrio
Demostración 1: Dada la definición de trabajo
determine las relaciones para trabajo cuasi-equilibrio
en procesos a V, T y P constantes.
Demostración 2: Repita el ejercicio anterior para un
proceso politrópico
Ejercicios
1. Un kg de vapor con 20% de calidad es calentado a
presión constante de 200kPa hasta alcanzar la
temperatura de 400C. Determine el trabajo realizado
Ejercicios
2. Un cilindro de 110mm de diámetro contiene 100ml
de agua a 60C. Se asienta un pistón sobre el agua, el
cuál pesa 50kg y se añade calor de manera que se
alcanza la temperatura de 200C. Determine el calor
realizado
Ejercicios
3. Se añade energía a un sistema cilindro pistón.
Súbitamente el pistón es retirado de manera que el
producto PV se mantiene constante. Considere P1 =
200kPa, V1 = 2 m3 y P2 = 100kPa. Calcule el trabajo
realizado por el gas
No cuasi equilibrio
El área en un diagrama Pv representa únicamente el
trabajo de un proceso de cuasi equilibrio. Para procesos
de no cuasi equilibrio, no se utiliza la relación ∫PdV. En
esos casos se recurre a otros medios o relaciones para
calcular el trabajo.
No cuasi equilibrio
Análisis
Ejercicios
4. Una masa de 100 kg cae una altura de 3m, lo que
genera un aumento en el volumen en el cilindro de
0.002m3. El peso del pistón mantiene una presión
barométrica de 100kP. Determine el trabajo neto
realizado por el gas a los alrededores
Proceso reversible
Es un proceso que una vez ocurrido, puede ser
revertido y esta acción , de reversión, no deja cambios
en el sistema o en los alrededores. Estos procesos
deben desarrollarse en condiciones de cuasi –
equilibrio y se somete a las siguientes condiciones:
Proceso reversible
No existe fricción
La transferencia de calor se realiza a través del diferencial infinitesimal de temperatura
No se presentan expansiones incontroladas
No se producen mezclas
No se producen turbulencias
No se genera combustión
Eficiencia de Segunda Ley
Es la relación entre el trabajo producido por una máquina real y una reversible – ideal, o viceversa, según sea el caso
Analice las relaciones
Irreversibilidad
Se define como la diferencia entre el trabajo reversible
y el trabajo real
Tanto este concepto como la eficiencia de segunda ley
nos indican e l desempeño de un proceso
termodinámico
Disponibilidad
Se define como la cantidad máxima de trabajo
reversible que puede ser extraído de un sistema
http://librosysolucionarios.net/termodinamica-6ta-edicion-kenneth-wark-
donald-e-richards/
Ciclo de Carnot
La descripción del ciclo abarca:
Componentes del ciclo
El desarrollo de la eficiencia térmica
Demostraciones
Concepto de perfección
Ciclo de Carnot
Supuestos asumidos
Se dispone de una fuente de energía que entrega calor a
temperatura constante
Se dispone de un sumidero de energía que recibe calor a
temperatura constante
Se produce una cantidad de trabajo neta
El fluido de trabajo es una mol de gas ideal
Ciclo de Carnot
1-2 Expansión isotérmica reversible.
2-3 Expansión adiabática reversible.
3-4 Compresión isotérmica reversible.
4-1 Compresión adiabática reversible.
Ciclo de Carnot
(1) (2)
TH
= c
onst
.
a) Proceso 1-2
Fuente deenergía
a TH
QH
(2) (3)
TH
b) Proceso 2-3
Ais
lam
iento
TL
(3)(4)
TL =
const
.
c) Proceso 3-4
Sumiderode energía
a TL
QL
d) Proceso 4-1
Ais
lam
iento
TH
TL
(4)(1)
3. Ciclo de Carnot
La eficiencia térmica se representa por:
Dado que se trata de un ciclo se puede decir:
Entonces:
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3. Ciclo de Carnot
Balance de energía paso 1-2
Balance de energía paso 3-4
3. Ciclo de Carnot
Procesos adiabáticos reversibles
Luego
3. Ciclo de Carnot
Interpretación de los resultados
La eficiencia del Ciclo de Carnot no depende de la naturaleza
del fluido (k, Cv,n) sino de (T) reservorios
El proceso que describe el ciclo es imaginario y representa el
límite de un ciclo real cuando las fuerzas que actúan se aplican
infinitesimalmente
Lograste entender porque no podemos usar la energía
contenida en el aire o en los océanos para generar trabajo!!!!!
Ejercicio 1
Una técnica nueva de generación es OTEC (ocean
thermal energy conversion), la cual sugiere que se
puede aprovechar la diferencia de temperaturas de las
capas oceánicas para producir energía eléctrica.
Considere una temperatura de reservorio alto de 25C y
una de temperatura de reservorio bajo de 10C y
determine la máxima cantidad de energía que se puede
producir por Joule de calor absorbido y especifique sus
asunciones para resolver el problema.
Fuente: (Henning S, 2014)
Solución 1
Asunciones.
Los procesos que componen el sistema son reversibles.
Lo cual indica que únicamente el 5% de calor
absorbido puede ser convertido en calor. A donde va el
resto de calor?
4. Entropía
La lección del Ciclo Carnot nos dice
Las máquinas reversibles son mas eficientes que reales.
Clausius propone para demostrar la validez
de esta expresión vamos a considerar el siguiente
esquema de un sistema reversible:
" dQT $ 0
4. Entropía
Fuente: (M. Boiles, Y Cengel, 2006)
Reversiblecyclic
device
δ QR
Thermal reservoir
TR
δ Wrev
δ Wsys
T
δ Q
System
we must have
inequality. This inequality
! dQ
T" 0
4. Entropía
IRREVERSIBLE
S
REVERSIBLES
Bibliografía
Cengel, B. (2011). Termodinámica (7 ed.). New York:
Mc Graw Hill.
DP, T. (1993). Applied Chemical Engineering
Thermodynamics. Berlin : Springer - Verlag.
MITOpenCurseWare. (2008). Thermodynamics and
Kinetics. Retrieved 2016, from Second Law of
Thermodyniamics:
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