Procesos reversibles e Irreversibles

Procesos reversibles e

Irreversibles

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

Cuasi equilibrio

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

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

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 –

Proceso reversible

  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

Eficiencia de Segunda Ley

real y una reversible – ideal, o viceversa, según sea el caso

Irreversibilidad

  Se define como la diferencia entre el trabajo reversible y el trabajo real

  Tanto este concepto como la eficiencia de segunda ley n o s i n d i c a n e l d e s e m p e ñ o d e u n p r o c e s o 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

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

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

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

3. Ciclo de Carnot

  Procesos adiabáticos reversibles

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

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.

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:

¬

"

4. Entropía

Fuente: (M. Boiles, Y Cengel, 2006)

¬ ¬ Reversible cyclic device δ_QR Thermal reservoir T_R δ_W rev δ_Wsys T δ_Q System we must have

inequality. This inequality

¬¬

!

4. Entropía

IRREVERSIBLE S

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: