UCCS BALANCE DE MATERIA Y ENERGIAIntroduccinPara hablar de los temas de este trabajo debemos saber qu la idea de Carnot consisti en crear un ciclo completamente reversible, tanto internamente (ausencia de rozamientos) como externamente. Carnot ya intua que una mquina trmica debe de ceder calor a una fuente fra. Por eso, l pens en una mquina que intercambiaba calor con dos focos. Para eliminar las irreversibilidades externas, la absorcin y cesin de calor a los focos deban hacerse a la temperatura de los focos, que es constante. Para respetar esta ltima condicin, el ciclo debe tener dos isotermas, una a la temperatura del foco caliente, en la que se absorbe calor, y otra a la temperatura del foco fro en la que se cede calor.

Es por ello, que el resultado de estos procesos por un lado son, que todas las mquinas reversibles que funcionan entre dos focos a las mismas temperaturas Ta y Tc, tienen el mismo rendimiento trmico. Adems, este rendimiento no depende del fluido de trabajo, solamente de la temperatura de los focos como se desprende de la expresin obtenida (esto justifica a posteriori nuestro empleo del gas perfecto). Se observa que el ciclo tendr mayor rendimiento cuanto mayor sea la temperatura del foco caliente y menor sea la temperatura del foco fro.

Por otra parte, se puede demostrar que el rendimiento de una mquina irreversible que opere entre dos focos a las mismas temperaturas, ser siempre menor que el rendimiento de la mquina reversible. Tambin se puede demostrar que el rendimiento de una mquina reversible que opere con ms de dos focos, ser siempre inferior que el rendimiento de una mquina reversible que opere con dos focos a las temperaturas extremas de la primera mquina

OBJETIVOS

Brindar nuevos conocimientos, para un mejor entendimiento del tema que se est presentando.

BALANCE DE ENRGIA Y MASA CON UNA REACCION IRREVERSIBLE Y REVERSIBLE REVERSIBILIDAD E IRREVERSIBILIDAD. Un proceso es irreversible, si una vez que el proceso ha tenido lugar, resulta imposible devolver el sistema y el entorno a sus estados iniciales, y es reversible si s se pueden devolver. Es importante que se devuelva el sistema y el entorno, el sistema siempre puede volver al estado inicial pero no dejara el entorno como estaba a no ser que el proceso sea reversible. El segundo principio se puede utilizar para analizar si un proceso es reversible o no. El enunciado de Clausius indica que una transferencia de calor con una diferencia finita de temperatura es irreversible ya que realizar el proceso contrario y dejar todo como estaba es imposible. Todos los procesos reales son irreversible e incluyen una ms de las siguientes irreversibilidades: Transferencia de calor a travs de una diferencia finita de temperatura. Expansin libre de un gas o de un lquido hasta una presin ms baja. Reaccin qumica espontnea. Mezcla espontnea de sustancias con diferente composicin o estado. Rozamiento slido, lquido o ambos. Flujo de corriente elctrica a travs de una resistencia. Magnetizacin o polarizacin con histresis. Deformacin inelstica.

OTROS TIPOS DE IRREVERSIBILIDADES Se pueden distinguir entre irreversibilidades internas que son las que ocurren dentro del sistema y externa que son las que ocurren en el entorno. El funcionamiento de muchos sistemas se basa en producir irreversibilidades (frenos), aunque el diseo ptimo debe intentar reducirlas al mximo (frenado regenerativo) aunque por lo general esto est reido con el bajo coste de los procesos o de las mquinas. Para demostrar que un proceso es irreversible hay que hacer la hiptesis que se puede realizar en sentido inverso y verificar que viola el segundo principio. Un proceso reversible es aquel que puede deshacerse dejando el sistema y el entorno igual que al principio, es una idealizacin, un proceso reversible sera aquel en el que se han minimizado todas las irreversibilidades hasta anularlas (lubricacin). Pndulo sin rozamiento. Pistn con sistema biela manivela e inercia, todo sin rozamiento. Un proceso de transferencia de calor con una diferencia muy pequea de temperatura requiere una superficie muy grande y un tiempo prolongado. Un proceso internamente reversible es el que ocurre en un sistema sin que existan irreversibilidades dentro del sistema (Lo que ocurre en un reservorio trmico). En el enunciado de Kelvin-Planck, la mquina que realiza el ciclo, si el trabajo es entrante, el proceso es irreversible, ya que no se puede deshacer por el propio principio. Si el trabajo neto del ciclo es cero (masa que sube y baja, muelle, inercia, etc.) tambin lo es el calor y los procesos que ocurren durante el ciclo son reversibles ya que no se modifica el entorno y si no hay rozamiento puede realizar el ciclo completo.

PROCESOS PRODUCIDOS POR IRREVERSIBILIDAD MECNICA EXTERNASe llama entropa generada mecnica externa, a la entropa generada por las irreversibilidades entre el sistema y el entorno provocadas por la realizacin de un trabajo.Supongamos que agitamos un lquido viscoso (sistema) que se encuentra en contacto con un foco calorfico a una temperatura T. La agitacin implica la realizacin de trabajo W desde el ambiente hacia el sistema, pero como el sistema se encuentra en contacto con un foco calorfico, su temperatura no cambia. Esto implica que la energa absorbida por el sistema en forma de trabajo es devuelta al ambiente en forma de calor Q. Por lo tanto, en esta situacin tenemos que: El sistema absorbe una cantidad de trabajo W y cede una cantidad de calor Q tal que W = Q, en virtud de que, al estar rodeado de un foco calorfico, no puede cambiar su temperatura. Como el sistema entrega toda la energa que absorbe, las propiedades termodinmicas del mismo no cambian, por lo tanto, el estado inicial y el estado final del sistema son iguales. Como consecuencia de esto, Ssis = 0. El ambiente recibe una cantidad Q de calor del sistema a la temperatura T, por lo que Samb > 0. Finalmente, Suniv > 0.

El caso analizado corresponde a una disipacin isotrmica de trabajo en un sistema, el cual permanece invariable.

Ahora consideremos la agitacin del mismo lquido viscoso pero esta vez dentro de un recipiente adiabtico. En este caso, el ambiente y el sistema no pueden intercambiar calor, por lo que el trabajo W recibido por el sistema producir un incremento de su energa interna, con el consecuente aumento de su temperatura. La entropa del ambiente permanece constante, pues el mismo no puede recibir ni ceder calor al sistema, es decir, Samb = 0. Para calcular la variacin en la entropa del sistema, partimos de la definicin:

Para la cual hemos sustituido el proceso irreversible en estudio por otro reversible que lleve al sistema desde el mismo estado inicial al final. Si consideramos que el proceso se lleva a cabo a presin constante, podemos reemplazar el trabajo realizado irreversiblemente por una transferencia reversible e isobrica de calor

PROCESOS PRODUCIDOS POR IRREVERSIBILIDAD MECNICA INTERNASe llama entropa generada interna a la entropa generada por irreversibilidades internas al sistema. Estas irreversibilidades pueden ser rozamientos internos, diferencias de temperaturas o presin entre puntos del sistema, fenmenos de histresis, difusin, reacciones qumicas, etc. Consideremos un gas perfecto que se encuentra encerrado en un globo, y que el ambiente es el vaco. Cuando se abre el globo, el gas tender a ocupar todo el espacio posible, producindose una expansin libre contra el vaco. El Samb= 0, pues el sistema entrega trabajo con el ambiente y no calor. Para calcular la variacin en la entropa del sistema, nuevamente partimos de la definicin general:

Donde hemos sustituido la trayectoria irreversible por alguna trayectoria reversible adecuada. En este caso, podemos considerar como trayectoria la expansin isotrmica de un gas perfecto. Vale recordar que como la temperatura del sistema no cambia, U = 0, y por lo tanto, Q = -W

PROCESOS PRODUCIDOS POR IRREVERSIBILIDAD TRMICA EXTERNASe llama entropa generada trmica externa, a la entropa generada por las irreversibilidades entre el sistema y el entorno provocadas por la transmisin de calor con un gradiente de temperatura. Este tipo de proceso incluye a aquellos que suponen una transferencia de calor en virtud de una diferencia finita de temperatura, como ocurre al poner en contacto dos cuerpos a diferentes temperaturas. Consideremos la transferencia de Q unidades de calor desde un sistema a T1 al ambiente, ms fro, a T2 (T2 < T1). Las variaciones de entropa asociadas son:

Como T2 < T1, Suniv > 0.Como conclusin general, los procesos reversibles tienen asociados un cambio de entropa del universo nulo, mientras que los procesos irreversibles estn siempre asociados a un cambio en la entropa del universo positiva.Desde otro punto de vista, al ingeniero lo que le interesa es reducir al mximo las irreversibilidades, ya que estas son las que limitan el rendimiento de las mquinas trmicas.

CONCLUSIONES

Se puede demostrar que el rendimiento de una mquina irreversible que opere entre dos focos a las mismas temperaturas, ser siempre menor que el rendimiento de la mquina reversible. Tambin se puede demostrar que el rendimiento de una mquina reversible que opere con ms de dos focos, ser siempre inferior que el rendimiento de una mquina reversible que opere con dos focos a las temperaturas extremas de la primera mquina.Es por ello, muy importante tener bien claro cada uno de los conceptos bsicos de estos proceso, porque as nos van ayudar a identificar de qu tipo de proceso est hablando cuando trabajemos con mquinas, en cual estn involucrados estos tipos de procesos.

BIBLIOGRAFIA M.J. MORAN y H.N. SHAPIRO, Fundamentos de Termodinmica Tcnica, Barcelona, Revert, 1993, pp. 231273. J. M. SEGURA, Termodinmica Tcnica, Madrid, AC, 1980, pp. 226266. Bentez, Francisco.- Termodinmica. Lib y Edit. Alsina. Primera Edicin, 2006. Resnick y Halliday.- Fsica, Editorial CECSA, Parte I, 1990Pgina 8