Primera ley de la termodinmicaArtculo principal: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICATambin conocida como principio de conservacin de la energa para la termodinmica en realidad el primer principio dice ms que una ley de conservacin, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien ste intercambia calor con otro, la energa interna del sistema cambiar. Visto de otra orma, esta ley permite de!nir el calor como la energa necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las dierencias entre trabajo y energa interna. "a ecuacin general de la conservacin de la energa es la siguiente#Eentra Esale = Esistema$ue aplicada a la termodinmica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinmico, queda de la orma#U = Q W%onde & es la energa interna del sistema 'aislado(, $ es la cantidad de calor aportado al sistema y ) es el trabajo realizado por el sistema.LEYES DE LA TERMODINAMIASe!"nda ley de la termodinmica*sta ley arrebata la direccin en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinmicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario 'por ejemplo, que una manc+a de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un peque,o volumen(. Tambin establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energa de un tipo en otro sin prdidas. %e esta orma, la segunda ley impone restricciones para las transerencias de energa que +ipotticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta slo el -rimer -rincipio. *sta ley apoya todo su contenido aceptando la e.istencia de una magnitud sica llamada entropa, de tal manera que, para un sistema aislado 'que no intercambia materia ni energa con su entorno(, la variacin de la entropa siempre debe ser mayor que cero.%ebido a esta ley tambin se tiene que el /ujo espontneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura +acia los de menor temperatura, +asta lograr un equilibrio trmico."a aplicacin ms conocida es la de las mquinas trmicas, que obtienen trabajo mecnico mediante aporte de calor de una uente o oco caliente, para ceder parte de este calor a la uente o oco o sumidero ro. "a dierencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecnico obtenido.*.isten numerosos enunciados equivalentes para de!nir este principio, destacndose el de 0lausius y el de 1elvin.En"nciado de la"si"s*n palabras de 2ears es# 34o es posible ning5n proceso cuyo 5nico resultado sea la e.traccin de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorcin de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura ms elevada3. En"nciado de #el$in4o e.iste ning5n dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una 5nica uente '*. absorbida(, y lo convierta ntegramente en trabajo '*. 5til(.ENTROPA: (simbolizada como S) es la magnitud fsica que mide la pate de la enega que no puede utilizase paa poduci taba!o" 2e denomina 7quina trmica a aquel sistema y8o mecanismo que realiza un ciclo convirtiendo el calor en trabajo."a 7quina trmica no debe surir ninguna variacin permanente, despus de su utilizacin debe quedar como al inicio.*l proceso a partir del cual se produce el trabajo se llama ciclo. *l ciclo de una mquina trmica es siempre un ciclo cerrado.*n general la mquina absorber o perder calor durante los diversas etapas del ciclo de trabajo. QUE SON LAS MAQUINAS TERMICAS?2u inventor ue 9ern siglo : %.0,pero no pudo ser empleada con !nes prcticos para la produccin de grandes cantidades de energa mecnica.La primera mquina trmica"as primeras mquinas trmicas de vapor inventadas en el siglo ;V:::, eran muy rudimentarias y tenan un rendimiento muy bajo< es decir, consuman una gran cantidad de combustible para producir un trabajo relativamente peque,o.HISTORIA DE LAS MAQUINAS TERMICAS=>?@# A. )att inventa la mquina de vapor.B =C=?# D. 2tirling inventa el motor de aire caliente.B =CE@# A. *ricsson desarrolla varios modelos de motores de aire calienteB =C>?# 4. Ftto desarrolla el motor de combustin interna 'agasolina(B =CCE# 0. "aval desarrolla las turbinas de vaporB =C@G# D. %iesel inventa el motor a compresin '%iesel(B =@EH# I. )+ittle inventa la turbina a gas para avionesB =@JJ# *n Klemania se desarrollan los motores para co+etes'von Lraun(*;:2T*4 TD*2 T:-F2 %* 7K$&:4K2 T*D7:0K2%e combustin e.terna# el combustible se quema uera del motor. *jemplo# una mquina de vapor.%e combustin interna# el combustible se quema dentro de la mquina. *jemplo# motor de un coc+e.%e reaccion # estas usan el principio de accion y de reaccion. *jemplo# motor de avion.CUANTOS TIPOS DE MAQUINAS TERMICAS EXISTEN?om%"sti&n interna*l motor de cuatro tiempos# es el ms usado y se usa en la mayora de los coc+es. -ara que un motor genere energa necesita combustible y aire 'el o.geno es un gas necesario para producir la combustin(. 2e llama de cuatro tiempos porque tiene cuatro ases#' Admisi&n( om)resi&n * E+)losi&n, Esca)e=.Kdmisin# "a vlvula de admisin se abre, baja el pistn +aciendo el vaco en el cilindro y entra aire y combustible.G.0ompresin# 2e cierran las vlvulas y el pistn sube comprimiendo la mezcla 'gasolina y aire(. "a primera vez que sube el pistn lo +ace gracias al motor de arranque, que es elctrico. %espus se mueve por los gases producto de la combustin.E.*.plosin# "a mezcla comprimida e.plota, por la c+ispa de la buja. "os gases muy calientes se e.panden y bajan el pistn.J. *scape# 2e abre la vlvula de escape y se e.pulsan los gases de la combustin, al subir el pistn, por esa vlvula. "os gases pasan al tubo de escape que los e.pulsa al e.terior.*l motor de dos tiempos# motor ms sencillo, que se usa muc+o en las motos, cortadores de csped, etc. Dealiza el mismo ciclo que el motor de cuatro tiempos pero en slo dos ases.G. *scapeMKdmisin# 0on el pistn abajo, los gases de la combustin escapan por la lumbrera, y a la vez entra la mezcla de aire y gasolina por otra lumbrera. Vuelve a repetirse el ciclo.=.0ompresinM*.plosin# -istn sube y comprime la mezcla. Krriba se enciende la buja provocando la e.plosin de la mezcla. "os gases muy calientes se e.panden y bajan el pistn son muc+a energa. "os motores disel# usan gasoil y no tienen bujas. "a mezcla del aire y el combustible se comprime muc+o y alcanza temperaturas muy altas, por lo que la mezcla arde sin necesidad de la c+ispa de la buja.stas maquinas utilizan el principio de accion y de reaccion para poder funcionar.Algunos ejemplo de maquinas de reaccionson:Tuboeacto: el aie enta aspiado po las #$lices de un compeso" %espu$s pasa a la c&maa de combusti'n( donde se in)ecta queoseno" *a mezcla ade po la alta tempeatua ) los gases salen po la pate de at&s a gan +elocidad" Al sali los gases #acen gia una tubina que( a su +ez( #ace gia el compeso delanteo" Tubopopulso: Es mu) paecido al tuboeacto" *a difeencia est& en que la tubina de la pate posteio #ace gia al compeso ) a una #$lice delantea e,teio" *a populsi'n se debe a dos causas: a los gases que salen po la pate posteio ) al empu!e de la #$lice"Mquina de vaporIue la primera mquina en convertir energa trmica en mecnica.2u uncionamiento se basa en calentar agua a alta presin para elevar su temperatura +asta un vapor saturado. &na vez sobrecalentado ese vapor se deja escapar por un cilindro que convierte la energa en mecnica. 2e vuelve a condensar el agua y esta otra vez preparada para ser enviada por la bomba al calentador. Trabajo efectuado*l trabajo realizado por la mquina en un ciclo ser el rea del ciclo recorrido.2i se trata de una mquina trmica ese trabajo ser positivo ya que el rea se calcular en el sentido del ciclo calculando el rea de cada transormacin, teniendo en cuenta que cuando se produce una e.pansin el trabajos ser N y cuando se produce una compresin el O ser M.-or tanto el trabajo obtenido o realizado por la mquina no depende solo del estado !nal e inicial de la mquina, sino que tambin depende del camino recorrido.0iclo de DanPine- =MG# 0ompresin adiabtica +asta la presin de la caldera 'la T cambia muy poco(- GME# calentamiento isobrico del agua +asta el punto de ebullicin- EMJ# Vaporizacin isobrica e isotrmica del agua +asta convertirse en vapor saturado- JMQ# calentamiento isobrico del vapor convirtindolo en vapor a temperatura T+- QM?# *.pansin adiabtica del vapor +asta vapor ro- ?M=# condensacin isobrica e isotrmica del vapor, convirtindolo en agua-roceso reversibleEs aquel en el que un sistema puede cambia de un estado inicial a oto final a ta+$s de numeosas etapas de modo que la tansfeencia de . ) / #acia ) desde el sistema se tal que en cualquiea de las etapas sucesi+as sea tal que el sistema pueda etona #acia su etapa oiginal" 0e dice que estas etapas sucesi+as est&n en equilibrio pemanente" Estos cambios son ideales poque en equieen de tiempo infinito( sin embago en la natualeza los pocesos reales ocuen a tiempos finitos""os procesos termodinmicos se pueden clasi!car en reversibles e irreversibles.-roceso irreversible Ocuen espontneamente en una diecci'n deteminada con cambios d&sticos del sistema ) su entono lo que #ace imposible la e+esibilidad"Es impotante obse+a( que los cambios de enega en un cambio de estado ie+esible o e+esible es siempe el mismo debido a que la enega es una funcin de estado ) solo depende del estado final e inicial sin importar como se realiz el proceso.%ierencia 7aquina trmica y mquina rigor!ca-7aquina trmica -7quina rigor!caI&40:F4K7:*4TF *l comprensor succiona vapor a baja presin y lo descarga como vapor a alta presin.*n el condensador el rerigerante cambia de estado, pasando de vapor a lquido, teniendo como resultado un calor que es a,adido al aire.*n la vlvula de e.pansin el lquido a alta presin es estrangulado, convirtindose en lquido a baja presin.*n el evaporador el rerigerante e.trae el calor de los alimentos, pasando de lquido a vapor.0F7-F4*4T*2#*VK-FDK%FD0F7-D*42FD0F4%*42K%FDVK"V&"K %* *;-K42:F4 T&LF 0K-:"KD &4 %*-F2:TF K:2"K4T* T*D7:0K7*4T* %*29:%DKTK%FD D*ID:R*DK4T*