Segunda ley de la termodinámica.

En un sistema aislado, la entropía, que es una medida del desorden o la aleatoriedad, nunca disminuye. Es decir, los sistemas tienden naturalmente hacia un estado de mayor desorden y aleatoriedad. 

Implica que la mayoría de los procesos naturales son irreversibles, por ejemplo, si se mezcla un líquido caliente con uno frío, en algún momento alcanzarán la misma temperatura, y la entropía del sistema aumentará. 

Los sistemas tienden hacia un estado máximo de desorden (una alta entropía), como por ejemplo, el derretimiento de un cubo de hielo es espontáneo e irreversible ya que, el proceso contrario no puede suceder sin la intervención de la energía.

La transformación de trabajo en calor es siempre posible, de forma inversa, es posible solo si se respetan algunas condiciones establecidas en la segunda ley de la termodinámica:

1. Formulación de Clausius. El calor no puede fluir espontáneamente de un cuerpo más frío a uno más caliente: un cubo de hielo se derrite en una bebida caliente, pero el calor del hielo no pasa a la bebida para calentarla aún más.
2. Formulación de Kelvin-Planck. Es imposible construir un dispositivo que, operando en un ciclo, convierta completamente el calor absorbido en trabajo: cualquier máquina térmica real (como un motor de combustión interna) siempre tendrá menos del 100% de eficiencia.

Aplicaciones:

• Calefacción y refrigeración. Dependen del flujo de calor, el trabajo se usa para transferir calor desde una zona más fría o caliente, procesos irreversibles, por lo que para enfriar un espacio se requiere energía que supere el oren que se genera al extraer el calor.
• Procesos biológicos. Los procesos metabólicos aumentan la entropía del entorno al convertir la energía de los alimentos en energía útil y al mismo tiempo se libera calor y desechos, lo que contribuye con el aumento de la entropía del universo.

Esta ley también establece que es imposible construir una máquina que funcionando de forma continua, transforme en trabajo todo el calor que se le suministra, por tanto, la eficiencia de las máquinas nunca será del 100% debido a que la mayor parte del calor proporcionado en lugar de convertirse en trabajo mecánico, se disipa en la atmósfera. 

La eficiencia de la máquina térmica se da en relación al trabajo mecánico producido y la cantidad de calor que se le suministra:

W = Trabajo mecánico en calorías (cal) o Joules (J).

Q =  Calor suministrado a la máquina por el combustible en cal o J.

In = Eficiencia de la máquina térmica.

También se puede expresar:

Q₁= Calor suministrado en cal o J.

Q₂ = Calor obtenido en cal o J.

T₁ = Temperatura de la fuente caliente.

T₂ = Temperatura de la fuente fría.

Pérdidas de calor.

Se refieren a la transferencia no deseada de energía térmica desde un sistema hacia su entorno. Una vez que la energía se ha disipado como calor hacia los alrededores del sistema, no puede transformarse en otra forma de energía útil, por eso se le llama pérdida de calor.

Se manifiestan mediante tres procesos:

1. CONDUCCIÓN. Implica la transferencia directa a través de un material.
2. CONVECCIÓN. Ocurre a través de un fluido como el aire.
3. RADIACIÓN. Consiste en la emisión de energía térmica en forma de ondas electromagnéticas.

Las pérdidas de calor pueden ocurrir en cualquier situación donde existe una diferencia de temperatura, ya sea entre dos sistemas o entre un sistema y sus alrededores y el control de esta pérdida de calor es fundamental para mejorar la eficiencia energética y reducir el consumo innecesario de recursos. La comprensión y gestión adecuada de las perdidas de calor son esenciales en:

a) Edificación y construcción. Para mejorar la eficiencia energética en viviendas y edificios comerciales; para un aislamiento adecuado; reducción de costos de calefacción; para evitar condensación, moho y daños estructurales causados por puentes térmicos.

b) Procesos industriales. Para garantizar un uso óptimo de la energía, reducir el consumo de combustible y mejorar la seguridad. Indispensable en industrias de acero, cerámica, procesamiento de alimentos y productos químicos en hornos, calderas y sistemas de fabricación.

c) Ingeniería térmica y diseño mecánico. Esencial para la eficiencia, rendimiento y confiabilidad. Usado en los sectores automotriz, aeroespacial y generación de energía como en motores, turbinas, sistemas de refrigeración y dispositivos de transferencia de calor.

d) Refrigeración y aire acondicionado. Para mantener las temperaturas deseadas y prevenir la perdida innecesaria de energía. Es importante para sistemas de almacenamiento en frío, refrigeración de transporte, etc.

e) Sistemas energéticos y tecnologías renovables. Para aumentar la eficiencia general del sistema como en colectores solares, sistemas geotérmicos y bombas de calor.

f) Electrónica e informática. Garantiza la longevidad del dispositivo y un rendimiento estable previniendo el sobrecalentamiento de componentes sensibles.

g) Ingeniería química y de procesos. Para mantener la estabilidad de la temperatura que impacta la calidad y seguridad del producto como en recipientes de reacción, tuberías y columnas de destilación.