Fundamentos de Termodinámica: Ciclos, Entropía y Procesos Térmicos

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

La entropía de una compresión isotérmica tiene valores mayores a cero.

¿Cuál de los dos gases, helio o nitrógeno, tiene la temperatura final más alta al comprimirse isotrópicamente de 100 kPa y 25 °C a 500 kPa en un sistema cerrado? T_FN = T_FH.

¿Una máquina térmica con una eficiencia térmica del 100% viola la ley termodinámica? Sí, la Segunda Ley.

La eficiencia (e) de una bomba de calor es Q_H / W.

El área que se representa por debajo de la curva en un diagrama T-S es el calor.

La entrada de calor de un ciclo según Diesel ocurre en un proceso isobárico.

Un sistema se somete a un proceso entre dos estados fijos: 1) de forma reversible, 2) de modo irreversible. La relación de la variación de entropía es ΔS_rev > ΔS_inrev.

Se pueden utilizar relaciones de compresión mayores en el ciclo Otto.

¿Cuál es más valioso? 1) Depósito de energía térmica a 775 K y 425 K; 2) Depósito de energía térmica a 675 K y 293 K. Es el 2.

Verdadero o Falso

• La entropía de cualquier sustancia sólida pura es cero, es el cero absoluto: (V)
• Un gas ideal sometido a un proceso entre dos temperaturas específicas a P constante experimentará un cambio de entropía mayor que a V constante: (F)
• Para una misma relación de compresión, el ciclo Diesel posee mayor eficiencia que el ciclo Otto: (F)
• El paso de agua (vapor) a agua (líquido) a 100 °C y 1 atm origina un aumento de entropía del sistema: (F) (Disminuye, a mayor exposición aumenta la entropía).
• No puede ocurrir un proceso espontáneo con disminución de la entropía del sistema.

Procesos de los Ciclos Térmicos

Ciclo Diesel

• 1-2: Proceso de compresión isoentrópica.
• 2-3: Presión constante (entra el calor), combustión.
• 3-4: Expansión isoentrópica.
• 4-1: Volumen constante (salida de calor), proceso isocórico (escape).

Ciclo Otto

• 1-2: Proceso de compresión isoentrópica.
• 2-3: Volumen constante.
• 3-4: Expansión isoentrópica.
• 4-1: Volumen constante.

Ciclo Rankine

• 1-2: Compresión isoentrópica en una bomba.
• 2-3: Adición de calor a presión constante en una caldera.
• 3-4: Expansión isoentrópica en una turbina.
• 4-1: Rechazo de calor a presión constante en un condensador.

Ciclo Carnot

• 1-2: Expansión isotérmica reversible.
• 2-3: Expansión adiabática reversible.
• 3-4: Compresión isotérmica reversible.
• 4-1: Compresión adiabática reversible.