Termodinamica

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Termodinámica 2 2 6 8 2 Tercera Edición c

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Irving Granet, P.E. Queensborough Community College New York Institute of Technology

Traducción: Luis Rafael León Cacheux Pulido Físico, UAM Investigador del Instituto de Investigaciones Eléctricas, Palmira, Morelos Diez geniero Revisión Técnica: Dr. Pedro Quinto Diez geniero Mecánico, ESIME, IPN Doctor en Ingeniería Mecánica, INSA de Lyon, Francia Profesor titular de Ingeniería Mecánica, Sección de Graduados de la ESIME, IPN

CENTRO DE INFORMACIÓN I. T. TEHUACÁN

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PRENTICE-HALL HISPANOAMERICA!» México,

Englewood Cliffs, Nueva Delhi, Wel Río de Janeiro,

Sidney, Singapur, Toki

22f>82

IA, «PROPIEDAD DEL: . ¡ICO DE fEHUACAN

1

Conceptos Fundamentales

INTRODUCCION La termodinámica es el estudio de la energía, el calor, y el trabajo, las propiedades del medio utilizado y los procesos involucrados. Como la energía puede obtenerse por medios eléctricos, químicos, nucleares u otros, la termodinámica desempeña un papel muy importante en todas las ramas de la ingeniería, la física, la química y las ciencias biológicas. Para definir la palabra termodinámica se usan los términos de energía, calor y trabajo. Es necesario examinar estos términos con detalle, lo que se hará en los capítulos siguientes. En este capítulo se definen algunos conceptos fundamentales y se dan las ideas básicas para su uso futuro. El papel que tiene la termodinámica en la vida moderna es sumamente importante. Por ejemplo, en la figura 1.1 se muestra un motor de un jet moderno para uso comercial en aviación. Este motor puede producir un empuje de 17,400 libras. Los principios termodinámicos que se aplican a este motor de jet son, en esencia, los mismos que se aplican a la turbomáquina automotriz mostrada en la figura 1.2. Esta última tiene una potencia de 123 caballos de potencia. En la figura 1.3 se muestra instalada en un auto. Compárese el tamaño de esta unidad con la turbina de gas de un avión mostrada en la figura 1.1; se verá la gran diferencia en tamaño que hay cuando se considera una aplicación determinada de la termodinámica.

1

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Otros sistemas termodinámicos que se considerarán incluyen la conversión directa de la energía solar a electricidad y el uso de energía solar para calentamiento de agua. La figura 1.4 muestra un restaurante de hamburguesas con co


lectores solares para calentar el agua usada en la cocina y los baños. La figura 1.5 es una vista aérea de la planta de recuperación de recursos de la ciudad de Hempstead, en Nueva York, Esta planta es la mayor planta para la recuperación de desperdicios municipales en Estados Unidos; está diseñada para recuperar metales ferrosos, aluminio y vidrio, y para producir, asimismo, 40 MW de electricidad. Puede reducir la cantidad de desperdicios en 97 por ciento en volu-


Figura 1.1 Turbina de gas moderna para aviación. (Cortesía de Pratt y Whitney Aircraft Group, United Technologies).

1.1 INTRODUCCION 3

men y en 85 por ciento en peso. Sin embargo, por desgracia esta planta que cuesta más de 100 millones de dólares no ha iniciado su producción comercial debido a una polémica en torno de la naturaleza tóxica de los gases que emite. Así pues, problemas ajenos a la termodinámica tienen prioridad a menudo y deben ser considerados por los técnicos e

figura 1.2 Motor de turbina de gas automotriz. (Cortesía de Chrysler Corp.)

ingenieros. Figura 1.3 Instalación de una turbina de gas automotriz. (Cortesía de Chrysler Corp.)

1.3 TEMPERATURA 7

Se observa que un estado dado de un sistema se reproduce cuando todas sus propiedades son las mismas. Como un conjunto dado de propiedades determina el estado de un sistema, el estado se reproduce a pesar de la historia o trayectoria que siguió el sistema para lograr ese estado. A manera de ejemplo considérese un peso que se levanta en forma vertical desde una posición hasta otra. Este puede llevarse a la misma posición levantándolo primero en forma vertical parte del camino, luego moviéndolo en forma horizontal a la derecha, luego levantándolo otra parte del camino, luego moviéndolo en forma horizontal hacia la izquierda, y por último levantándolo en forma vertical hasta el punto deseado. En este ejemplo, el estado del sistema al final de los dos procesos es el mismo, y la trayectoria que tomó el sistema no afectó su estado después que ocurrió el cambio. Como se verá en el capítulo 2, una consecuencia de lo anterior es que un cambio en la energía de un sistema entre dos estados dados es el mismo, sin importar el procedimiento mediante el que se obtuvo el estado. En términos matemáticos, la energía es una función de punto, no una función de trayectoria. Las propiedades de la temperatura y la presión se usan a lo largo del texto y es necesario tener una buena comprensión de éstas. Las siguientes secciones de este capítulo tratan en detalle dichas propiedades. TEMPERATURA La temperatura de un sistema es una medida del movimiento aleatorio de las moléculas del sistema. Si hay diferentes temperaturas dentro del cuerpo (o cuerpos que componen el sistema), surge la pregunta de cómo se mide la temperatura en una posición dada y cómo se interpreta esta lectura. Examínese esta pregunta con detenimiento, pues habrá que considerar otras semejantes cuando se estudien otras propiedades de un sistema. En el aire, a la presión y temperatura ambientales existen aproximadamente 2.7 x 10 19 moléculas por centímetro cúbico. Si se divide el cubo cuyas dimensiones son un centímetro (1 cm) por lado en cubos más pequeños, en los que cada uno de cuyos lados sea una milésima de centímetro, habrá en cada uno de ellos alrededor de 2.7 x 10 10 moléculas, número enorme aún. A pesar de que se habla de temperatura en un punto, en realidad se considera la temperatura promedio de las moléculas en la vecindad del punto. Considérense a continuación dos volúmenes de gases inertes separados entre sí por un tercer volumen de gas inerte. Por inerte se entiende que los gases no reaccionarán químicamente entre sí. Si el primer volumen se pone en contacto con el segundo y se deja hasta que no ocurre ningún cambio observable en cualquier propiedad física, se dice que los dos volúmenes están en equilibrio térmico. Si entonces se pone en contacto el tercer volumen con el segundo y no se observa ningún cambio en sus propiedades físicas, el segundo y tercer volúmenes se encuentran también en equilibrio térmico. Para las condiciones supuestas CONCEPTOS FUNDAMENTALES

de este experimento puede concluirse que los tres volúmenes están en equilibrio térmico. Con base en este análisis, puede afirmarse asimismo que los tres volúmenes están a la misma temperatura. Este sencillo experimento puede repetirse bajo las mismas condiciones con sólidos, líquidos y gases, con el mismo resultado en toda ocasión. Los resultados de todos estos experimentos se resumen y están incluidos en la lev cera, de la termodinámica, que

TEMPERATURA 9 la misma establece que dos sistemas a la misma temperatura que un 1.3 tercer sistema tienen temperatura entre Como una definición opcional de la ley cero, podemos decir que si dos cuerpos están en equilibrio térmico cada uno con un tercero, entonces están en equifíbrió témiico^ehtre si. La importancia de este enunciado en apariencia evidente se reconoció después que se había enunciado la llamada primera ley, y, en consecuencia, se llamó la ley cero, para denotar que precede a la primera ley, del mismo modo que el cero precede a la unidad-. Debe notarse que un termómetro mide sólo su propia temperatura, y con el fin de que pueda haber una indicación precisa de la temperatura de algún otro sistema, el termómetro y el segundo sistema deben estar en equilibrio térmico. Como una consecuencia de la ley cero, es posible medir la temperatura de dos cuerpos por medio de un tercero (un termómetro) sin poner los cuerpos en contacto mutuo. Las escalas ordinarias de temperatura se llaman Fahrenheit y Celsius (centígrada) y se definen mediante el uso del punto de congelamiento y ebullición del agua a la presión atmosférica. En la escala de temperatura Celsius, el intervalo entre el punto de congelamiento y de ebullición se divide en 100 intervalos iguales. Además, como se muestra en la figura 1.7, el punto de congelamiento Celsius corresponde al cero y el punto de congelamiento en la escala Fahrenheit al 32. La conversión de una a otra escala se puede derivar directamente de la figura 1.7 y de los siguientes resultados:

°C = § (°F — 32)

(1.1)

°F = f (°C) + 32

(1.2)

°F 373

°C 672

°K °R Punto de ebullición a presión atmosférica Punto de congelamiento del agua

- 212

100

32

0

273

492

-273

0

0

-460

Cero absoluto Figura 1.7

La capacidad para extrapolar temperaturas por debajo del punto de congelamiento y por encima del punto de ebullición del agua y para interpolar en estas regiones la proporciona la Escala Internacional de Temperaturas. Este es tándar convenido usa los puntos de ebullición y de fusión de diferentes elementos y establece fórmulas de interpolación convenientes en los diferentes intervalos de temperaturas entre estos elementos. Los datos correspondientes a dichos elementos se proporcionan en la tabla 1.1.

ELEMENTO

TABLA 1.1 PUNTO DE EBULLICION 0 FUSION A 1 ATMOSFERA

TEMPERATURA °C

Oxigeno Azufre Antimonio Plata Oro Agua

Ebullición Ebullición Fusión Fusión Fusión Fusión Ebullición

-182.97 444.60 630.50 960.8 1063.0 0. 100.

°F

-297.35 832.28 1166.90 1701.4 1945.4 32. 212

EJEMPLO 1.1 Determine la temperatura a la que se observa el mismo valor tanto en la escala Fahrenheit como en la Celsius.

SOLUCION Mediante la ecuación (1.1) con °C = °F, °F = § (°F — 32) 4OT? __-160 9 * ~ 9 °F= -4 0 En consecuencia, tanto la escala de temperatura Fahrenheit como la Celsius señalan la misma temperatura a — 40°.

2.4 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA 81

medio del símbolo u, donde mu = U. Desde un punto de vista práctico, la medición de la energía interna absoluta de un sistema en un estado dado presenta un problema sin solución y no es esencial para nuestro estudio de la termodinámica. El interés de este libro se centra en los cambios de la energía interna, y el dato arbitrario para el cero de la energía interna no interviene en estos problemas. Del mismo modo que es posible distinguir las distintas formas de energía, tales como trabajo y calor, en un sistema mecánico, también es posible distinguir las diversas formas de energía asociadas con sistemas eléctricos y químicos, entre otros. Para los propósitos de este libro, estas formas de energía, trabajo y calor no se toman en cuenta. Se previene al estudiante de que si un sistema incluye cualquier forma de energía distinta de la mecánica, entonces deben considerarse estos aspectos. A manera de ejemplo, considérese lo siguiente: la energía que se disipa en una resistencia en forma de calor cuando fluye a través de ésta una corriente debe tenerse en cuenta cuando se consideran todas las energías de un sistema eléctrico. LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

La primera ley de la termodinámica puede expresarse mediante los siguientes enunciados equivalentes: 1. La primera ley de la termodinámica es, en esencia, el enunciado del principio de la conservación de la energía para los sistemas termodinámicos. Como tal, puede expresarse postulando que la variación de la energía de un sistema durante cualquier transformación es igual a la cantidad de energía que el sistema recibe de sus alrededores (Fermi, p. 11). 2. La energía no puede crearse ni destruirse sino sólo convertirse de una forma a otra (Obert, p. 59) 3. Si se provoca que un sistema cambie de un estado inicial a otro estado final por medios adiabáticos únicamente, el trabajo realizado es el mismo para todas las trayectorias adiabáticas que comunican los dos estado s (Zemansky, p. 59). En el enunciado 3, de Zemansky, se usa el término adiabático. En general se define una transformación adiabática de un sistema como un proceso que se hace seguir al sistema, sin que ocurra durante el proceso intercambio de energía como calor. 4. Si un proceso adiabático de un sistema ocurre de tal modo que no haya efectos externos al sistema con excepción del cambio entre los niveles especificados de un número de pesos estándar, el número de pesos estándar se fija por medio de los estados finales del sistema y es indepel te de los detalles del proceso (Keenan y Hatsopoulos). Para los propósitos de este libro, el concepto de la conservación! energía, establecido de manera explícita en las definiciones de Fermi Obert, es, en esencia, la primera ley de la termodinámica. Mediante la cf nación de ambas definiciones se obtiene, para el enunciado de la primera ley la termodinámica que la energía no puede


crearse ni destruirse sino sólo r formarse de una forma en otra.Como aquí no se

considerarán por ahor^ reacciones nucleares, no será necesario tener en cuenta en el presente estij interconversión entre la energía y la masa. Un sistema se ha definido, pues, como un agrupamiento de materia to; de cualquier manera conveniente o arbitraria. No obstante cuando se trata| fluidos en movimiento, es más conveniente usar el concepto de un volumed bitrario en el espacio, conocido como volumen de control, que puede estar» tado tanto por una superficie real como por una imaginaria, conocida coma perficie de control. Haciendo notar de manera correcta todas las fuerzasr actúan sobre el fluido dentro del volumen de control, las energías que eran superficie de control y la masa que atraviesa la superficie de control, es po| derivar expresiones matemáticas para evaluar el flujo del fluido con relacifl volumen de control. Para un sistema en el que los fluidos lo hagan de mac estacionaria, una estación de monitoreo colocada en cualquier lugar dentro1 volumen de control no indicará cambio alguno en las propiedades del fluid! cantidades de energía que atraviesan la superficie de control en el tiempo* cuando estas cantidades puedan variar y varíen de una posición a otra dt del volumen de control. Como señala Keenan, "el primer paso en la soluciá| un problema de termodinámica es la descripción del sistema y alrededores."*

2.5 EL SISTEMA SIN FLUJO Los enunciados hechos en la sección 2.4 acerca de la primera ley de la termd? námica son, en esencia, equivalentes entre sí, en tanto que expresan el concqf de conservación de la energía. Para explorar algunas de las consecuencias <}j primera ley, se considerará a continuación el sistema cerrado o sin flujo.Y tendrá fronteras a través de las que puedan penetrar tanto el calor como el bajo, pero no se permitirá que la masa las atraviese. Un ejemplo es el dispÉ vo formado por un pistón y un cilindro, en el que el pistón comprime el fr¡ de trabajo en el cilindro y al mismo tiempo el calor puede atravesar la fron® (por ejemplo, mediante el enfriamiento del cilindro). Este sistema se muestra Sustituyendo los datos del problema en la ecuación (B),

10 X 9.81 X V a 10 x 10 x 9.81 =
V 2 = 2 X 9.81 X 10

y

V = 14.0 m/s Nótese que este resultado es independiente de la masa del cuerpo. La energía cinética se encuentra de manera inmediata de la ecuación (B), y es igual a 10 x 10 x 9.81 = 981 N-m.

1J. H. Keenan, Thermodynamics, John Wiley & Sons, Inc., Nueva York, 1941, p. 14.


.3c Energía interna Hasta ahora se ha considerado la energía en un sistema que proviene del trabajo realizado sobre el sistema. Sin embargo, se señaló en el capítulo 1 y al principio de este capítulo que un cuerpo tiene energía en virtud del movimiento de las moléculas del cuerpo. Además, contiene energía debida a las fuerzas de atracción y repulsión entre las partículas. Estas fuerzas dan lugar al almacenamiento interno de energía en forma de energía potencial. La energía que proviene de tales fuentes se denomina la energía interna del cuerpo y se designa mediante el símbolo U. Por unidad de masa (m), la energía interna específica se denota por

Figura 2.8 Ejemplo 2.8.

La segunda ley de la Termodinámica

STRODUCCION Hasta ahora se han considerado varias formas de energía (entre otras, aquellas que son energía en transición, como el trabajo y el calor) sin tomar en cuenta cualquier tipo de limitación en estas cantidades. Se ha supuesto que el trabajo y el calor son formas de energía mutuamente intercambiables, y pudo haberles parecido a los estudiantes que la diferencia entre estas cantidades era arbitraria y aun innecesaria. En este capítulo se explora la interconvertibilidad de estas cantidades

148 LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

con el fin de determinar cualquier posible limitación y de expresar ésta de manera cuantitativa, en caso de que exista alguna. Como ejemplo de este aspecto, considérese el movimiento de un bloque que se desliza a lo largo de un plano horizontal rugoso. Para que se realice el movimiento a lo largo del plano, es necesario que se haga trabajo sobre el cuerpo. Todo este trabajo aparece después en forma de calor en la interfaz entre el bloque y el plano. No hay duda que el trabajo se ha convertido en calor, pero ¿puede el calor generado en este proceso convertirse en una cantidad de trabajo equivalente? Supóngase (erróneamente) que este calor puede convertirse en trabajo sin pérdida alguna en el proceso. Se sabe que la energía como calor reside en el movimiento de las moléculas individuales dentro del cuerpo. Aumentando el movimiento molecular del cuerpo, se hace, en un sentido general, trabajo; pero del mismo modo, es posible distinguir que esta forma de trabajo no es la misma que el trabajo externo puesto en el proceso. La energía de transición original en forma de trabajo se ha convertido en calor, y éste puede expresarse como trabajo molecular; pero no podrá disponerse de esta forma de energía para regresar el cuerpo a su estado original. De este sencillo ejemplo se observa que el trabajo puede convertí en calor, pero que la conversión de calor en trabajo útil no siempre es posiT Aun cuando la primera ley establece que la energía se conserva, no proveá información necesaria para permitirnos determinar si la energía no está disf nible. Es necesario definir ciertos términos a continuación. El primero de éstóa el concepto de máquina térmica. Según la deñnición dada por Keenan, Una máquina térmica puede definirse como un sistema que opera de ma-\ ñera continua, a través de cuyas fronteras sólo fluyen calor y trabajtm Puede usarse para proporcionar trabajo a dispositivos externos, o puede recibir trabajo de dispositivos externos y hacer que fluya calor desde iuí nivel de baja temperatura hasta un nivel de alta temperatura. Este últim\ tipo de máquina térmica se conoce como refrigerador. 2

En esencia, esta definición de máquina térmica puede considerarse como la finición de un ciclo termodinámico, que se interpretará como una serie de p¿ cesos termodinámicos durante los cuales puede hacerse que el fluido de traba sufra cambios que comprendan sólo intercambios de calor y trabajo y pos riormente se regrese a su estado original. El propósito del ciclo termodinámico convencional en ingeniería es,

_ trabajo neto de salida x 100 71 calor agregado Nótese que el término de calor es el calor agregado y no el calor neto del ció Para ciclos de generación de potencia, el calor se agrega en general a partir] una fuente a alta temperatura. Usando la notación de que Q^ es el calor as gado al ciclo y que Qr es el calor desechado por el ciclo, la primera ley, apli da al ciclo, conduce a W/J = Qm — Qr . En consecuencia,

100

H^HK'-i)

Para ciclos cuyo propósito no es la producción de trabajo útil, se han elaborado otros estándares para la comparación, que se usan en la actualidad. Si se considera una planta de generación de gran tamaño, como la que se muestra en la figura 3.1', la importancia de obtener eficiencias térmicas altas es evidente. Un examen de la ecuación (3.2) conduce a la conclusión de que reduciendo al mínimo el calor desechado de un ciclo se obtiene la máxima conversión de calor en trabajo. Esto motiva dos preguntas: (a) ¿debe haber desecho de calor en un ciclo? y, si es así, (b) ¿cuál es el mejor modo de operación de un ciclo para reducir al mínimo el calor desechado con el fin de obtener la máxima eficiencia térmica? Estas preguntas se responderán en parte en este capítulo y se regresará a ellas cuando se estudien ciclos de máquinas prácticos. 3.2 REVERSIBILIDAD: LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA En la sección 3.1 se usó el ejemplo de un bloque que se desliza a lo largo de un plano horizontal para introducir el concepto de que el calor y el trabajo no siempre se convierten uno en otro sin que haya pérdidas. Este mismo cuerpo; que se mueve a lo largo del plano servirá para responder a la siguiente pregun-| ta: regresando cada paso del proceso que provocó que el cuerpo se moviera a lo largo del plano, ¿es posible regresar el cuerpo a su estado original y al mismo tiempo regresarán también los alrededores a la condición que tenían antes de que se iniciara el proceso original? Para responder esta pregunta, considérel se de nuevo el movimiento hacia adelante del cuerpo a lo largo del plano. Se ha establecido que a medida que se mueve el bloque se genera calor en la interfaz entre el cuerpo y el plano. Esta energía se transfiere al cuerpo y al plano y tien-j de a elevar la temperatura del cuerpo y de sus alrededores. Cuando el bloque] alcanza el extremo del plano, supóngase que se invierte el sistema de fuerzas que actúa sobre el cuerpo y que se intenta regresarlo a su posición original. A medida que se mueve el cuerpo de regreso a lo largo de la trayectoria, se generará nuevamente calor en la interfaz entre el plano y el cuerpo. Por supuesto, el calor generado en la trayectoria de vuelta es un agregado al calor generado en la interfaz durante el movimiento de ida del cuerpo. Para el observador acci-j dental que vio el bloque antes que comenzara el movimiento y luego lo vio pon co después que había cesado el mismo, parecerá que el cuerpo no se ha movi-j do y que tanto el cuerpo como los alrededores han regresado a su estado origi-] nal. No es así. Ha habido

una transferencia neta de energía a los alrededores, y éstos ya no están en su estado original. Aun cuando el efecto neto ha sido un cambio infinitesimal en la temperatura de los alrededores, es éste un efecto que impide afirmar que el sistema y sus alrededores han regresado a su estado origH 3.2 REVERSIBILIDAD: LA SECUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA 151

nal. Asimismo, se observa que cada paso del movimiento hacia adelante del cuerpo no se invirtió de manera idéntica, debido a su efecto en los alrededores. El calor generado durante el movimiento hacia adelante del bloque no se regresó al sistema como trabajo durante el movimiento de regreso. Por el contrario, se generó más calor durante el movimiento de regreso, y aun si tanto el plano como el cuerpo estuvieran perfectamente aislados de sus alrededores, nada del calor generado se habría regresado al sistema en forma de trabajo. El proceso que se ha considerado es un ejemplo de un proceso irreversible. Para formalizar los conceptos de reversibilidad e irreversibilidad, se usa la siguiente definición de un proceso reversible: # Un proceso reversible es aquél que se lleva a cabo de manera tal que el sistema y todos sus alrededores puedan regresarse a Sus estados iniciales efectuando el proceso inverso.

Todos los procesos de un ciclo reversible deben, por lo tanto, ser reversibles. El estudiante deberá notar que el concepto de proceso cuasiestático sin fricción introducido en el capítulo 2 supone básicamente que tal proceso es reversible. La segunda ley de la termodinámica es una expresión del hecho empírico de que todas las formas de energía no necesariamente son equivalentes en su capacidad para realizar un trabajo útil. Existen numerosos enunciados y corolarios de la segunda ley que pueden encontrarse en la literatura especializada en termodinámica. Por el momento, el enunciado de Clausius y Kelvin-Planck servirá para expresar por completo la segunda ley.3 El enunciado de Clausius:

Es imposible construir un dispositivo que opere en un ciclo y cuyo único efecto sea el de transferir calor de un cuerpo frío a otro más caliente. (El calor no puede, por sí solo, pasar de una temperatura baja a otra más alta.) El enunciado de Kelvin-Planck: Es imposible construir un dispositivo que opere en un ciclo y no genere ningún otro efecto.que la producción de trabajo y el intercambio de calor con un solo sumidero. Una de las muchas consecuencias de la segunda ley de la termodinámica es la conclusión de que todos los procesos naturales son irreversibles. Ya se ha demostrado que la presencia de la fricción hará que un proceso sea irreversible. Algunos procesos que son irreversibles son los siguientes:

3Thermodynamics, 3a Ed., por J. P. Holman, McGraw-Hill Book Co., Nueva York, 1980, p. 200.


1. Cualquier proceso en el que se transforme trabajo en energía interna por medio de la fricción o una acción inelástica. 2. Cualquier proceso en el que ocurra una acción molecular inelástica. 3. Cualquier proceso que transfiera calor de una parte de un sistema a otra por medio de una diferencia de temperatura finita. 4. Cualquier proceso que provoque diferencias de temperatura entre partes del mismo sistema. 5. Cualquier proceso que comprenda la combustión o reacciones químicas. 6. Cualquier proceso que no se lleve a cabo de manera cuasiestática. Asi» para que un proceso sea reversible debe realizarse a un ritmo infinites!malmente lento. Es importante que el estudiante entienda por completo dónde se presenta la irreversibilidad en cada uno de los procesos mencionados. Asimismo, observare do los efectos sobre el ambiente, se harán manifiestos otros procesos irrevecsibles. La siguiente pregunta que se considera es: ¿en qué condiciones será reveis sible un proceso? La respuesta es que en realidad ningún proceso es reversible. No obstante, como una abstracción ideal, el proceso reversible es extremad» mente útil, y esta idealidad puede obtenerse sólo si el proceso es cuasiestáticqfl sin fricción, y aun entonces sólo para procesos isotérmicos o adiabáticos. 9 proceso cuasiestático está siempre en equilibrio termodinámico y se realiza ca una lentitud infinita, de modo que cualquier etapa del proceso puede invertiS y puedan volverse atrás todos los pasos. Asimismo, cuando se especifica que proceso será ya sea isotérmico o adiabático, las diferencias de temperatiM dentro del sistema o en partes del sistema se tornan imposibles. Con el fin m generalizar, deben excluirse otros efectos irreversibles, como la histéresis mag| nética y las corrientes eléctricas. 3.3 EL CICLO DE CARNOT El material analizado hasta aquí en este capítulo permitió definir un ciclo, ■

rendimiento y el concepto de proceso reversible. En este momento parecerá na tural combinar estos conceptos y analizar los ciclos reversibles y su eficiencfl Desde el punto de vista histórico, el primero en enunciar estos conceptos ñJ Nicolás Leonard Sadi Carnot en 1824, y el ciclo termodinámico reversible qn propuso lleva ahora su nombre. Es interesante notar que Carnot hizo su traba jo hace aproximadamente 160 años. En este corto periodo de la historia ád hombre, se consolidó la ciencia de la termodinámica. En la figura 3.2v muestra el desarrollo de la ciencia de la termodinámica.

Termodinamica

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