Segunda ley de la termodinámica

1. La Segunda Ley de la termodinámica

El primer principio o primera Ley de la Termodinámica es complementado por el
segundo principio de la Termodinámica. En efecto, la primera ley estable la
conservación de la energía en todos los procesos. No obstante, la intuición
indica que unas formas de energía son más valiosas que otras. La primera Ley
no predice la dirección o extensión de un proceso dado, la segunda Ley si puede
resolver estos cuestionamientos como luego se observará.

A la segunda Ley de la Termodinámica se le conoce también como Principio de
la Entropía y establece que todo proceso es “degenerativo”, esto es, que si el
resultado del proceso es una degradación de la energía, en cuanto a su
capacidad de hacer trabajo, el proceso ocurrirá.

Lo anteriormente expresado puede complementarse si decimos que no puede
utilizarse para producir trabajo. Su valor alcanzará un máximo cuando el
sistema se acerque al equilibrio. En otras palabras, el universo tiende a distribuir
la energía uniformemente, es decir, a maximizar la entropía. En consecuencia,
describe la irreversibilidad de los procesos energéticos.


Fuente: Termodinámica-Cengel & Boles 6ta.Edic


Todo lo expresado anteriormente significa reconocer el rendimiento
termodinámico, o sea que, frente a una cantidad constante de energía existe una
pérdida inevitable de la calidad de la misma. En otras palabras, si el primer
principio de la termodinámica nos decía: nada se pierde todo se transforma; el
segundo principio significa que una parte de esa energía ya no se puede utilizar
en el proceso o futuros procesos.

Por lo tanto, el segundo principio de la Termodinámica nos dice que el
rendimiento de la transformación de una forma de energía en otra es siempre
inferior a uno, lo cual se dijo con anterioridad, recordando

2. Dónde:
Ei = Energía Neta o Energía de entrada
Eo = Energía útil o de salida
Eap = Energía almacenada o pérdida (calor)




Lo que implica la no existencia de máquinas perfectas, con un rendimiento del
100%.

El concepto de energía pérdida no quiere decir, de ninguna manera, que esta
energía desaparece, lo que acontece es que esa parte de la energía se degrada
de forma tal que no se puede utilizar.

Por lo tanto, siempre hay pérdidas de transformación cuando se pasa de una
forma de energía a otra. Por ejemplo, la energía eléctrica se puede transformar
en calor. Si tenemos 10 Wh se tendría la capacidad de producir 8,600 calorías
aproximadamente, pero ese número de calorías no pueden producir 10 Wh.

El segundo principio reconoce el rendimiento termodinámico; frente a una
cantidad constante de energía existe una pérdida inevitable de la calidad de la
misma. Determina a la vez, que no es la energía la que se modifica, pero sí un
distintivo o cualidad que ella posee y se manifiesta en forma diferente en su
naturaleza, esto es, su capacidad para producir trabajo. Los dos principios son
complementarios: la cantidad es constante, la calidad se degrada.

La disminución irreversible de la energía disponible para producir trabajo se
representa por esa cualidad llamada entropía.

Para enfatizar el concepto, se puede indicar que la Segunda Ley de la
Termodinámica puede enunciarse en diferentes formas, y todas son




Ei Eo






Eap

3. equivalentes en sus consecuencias. Aquí solo se presentarán dos de las más
conocidas:

Postulado de Clausius: No es posible que el calor pase, por sí solo, desde un
régimen de menor temperatura hasta otra de mayor temperatura.

De lo anterior se infiere lo siguiente:

1. El calor fluye siempre de mayor a menor temperatura.

2. No puede existir ningún dispositivo o máquina cuyo único efecto sea la
transferencia de calor, desde una región fría a otra caliente.

3. La energía se degrada paulatinamente al realizarse un proceso de
transferencia de calor, puesto que su capacidad de hacer trabajo disminuye.

4. Establece la dirección del proceso, es decir, de mayor a menor temperatura.

Nótese que una bomba térmica así como un refrigerador no violan la segunda
Ley de la Termodinámica, debido a que en ambos sistemas se requiere de un
trabajo para realizar la transferencia de calor, desde una región fría hasta otra
caliente.

Postulado de Kelvin – Planck: No es posible para cualquier dispositivo operar
cíclicamente, producir trabajo, e intercambiar calor solamente con una región de
temperatura constante.

En consecuencia, toda máquina que funcione en forma cíclica y produzca
trabajo, no solo debe captar calor de una región a alta temperatura, sino también
debe disipar una fracción del mismo hacia una región de menor temperatura.

Este postulado pone de manifiesto el hecho de que la energía se degrada en
todos los procesos. Por ejemplo, si se considera una planta de vapor de
generación de energía eléctrica, se observa que solamente una parte de la
fracción liberada por el combustible se aprovecha en trabajo. Lo mismo sucede
en un motor de combustión interna, donde solo una parte de la energía liberada
por el combustible se aprovecha en trabajo, la mayor parte se va a la atmósfera.

En conclusión, la 2da Ley de la Termodinámica, nos garantiza que la
Equivalencia energética de los distintos medios portadores de energía no
significa igualdad; de hecho, la ley de la entropía, o de la irreversibilidad,
genera una desigualdad en la conversión de un medio portador de energía en
otro. Por esta razón, la transformación de la energía está siempre sujeta a
inevitables pérdidas y, en tanto la energía mecánica podrá siempre ser
transformada en calor con una eficiencia de 100%, por el contrario, la
transformación de la energía térmica en energía mecánica exige siempre que el

4. proceso se realice entre dos niveles de temperatura y en condición ideal, lo
que está sujeto al rendimiento máximo de un ciclo reversible de Carnot,
indicado por la fórmula
1
: 

T
2T
1
T
2

Donde  = rendimiento máximo termodinámico
T1= temperatura del lado frío, [°Kelvin]
T2= temperatura del lado caliente, [°Kelvin]
El significado práctico del segundo principio de la termodinámica es simple: la
conversión de calor en energía mecánica es posible únicamente si existe un
gradiente de temperatura entre una fuente caliente y una fuente fría. El dispositivo
que convierte la energía tomará calor de la parte caliente del sistema y entregara
ese calor a la temperatura de la parte fría después de haber tomado una parte de la
energía. El rendimiento termodinámico del proceso es directamente proporcional a
la diferencia de las temperaturas entre el lado caliente y el lado frío e inversamente
proporcional a la temperatura absoluta del lado caliente.
UNA SIMPLIFICACIÓN PRÁCTICA DE LOS DOS PRINCIPIOS NOS DICE, POR
UNA PARTE, QUE LA ENERGÍA, EN UN PROCESO , SÓLO PUEDE
TRANSFORMARSE Y, POR OTRA, QUE DICHA TRAN SFORMACIÓN NO PODRÁ
SER TOTALMENTE EFICI ENTE Y, POR TANTO, NO PODRÁ SER TOTALMEN TE
REVERSIBLE.


1
Alessandro Barghini. Curso para la realización de estudios de uso final de la electricidad en los sectores residencial y
comercial.