Secundaria Problema con una forma de generar energía eléctrica

[Leo3196]

Hola, hace tiempo que me planteo una pregunta y espero que alguien me la pueda resolver. La cuestión es esta:
¿Se podría utilizar un generador de aire para mover las aspas de un generador eólico (a escala) y así conseguir energía eléctrica, yendo a parar la mitad de esta al generador y la otra mitad a otro dispositivo para ser gastada? ¿El ciclo continuaria o habrían perdidas de energia?

El generador se alimenta durante un tiempo de la corriente eléctrica para iniciar el ciclo.

PD: Soy nuevo en el foro y voy a empezar primero de Bachillerato, les agradecería que no se rieran de mí por mis pocos conocimientos. Cada día intento saber mas de lo que sabe una persona de mi edad. Gracias

[ZYpp]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

No sé a qué te refieres con "generador de aire", pero la respuesta es indudablemente no. No se puede generar energía infinita, según la primera ley de la termodinámica.

Nadie se va a reír de ti por tus conocimientos, al menos en este foro.

[Julián]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

Eso se llama dispositivo de movimiento continuo que es algo que se busco porque sería una maquina que trabajara por si misma para siempre sin entregar energía. Pero es imposible como te han dicho.
segun la primera ley de termodinámica esta permitido eso, ya que se aporta energía al sistema, la energía no se crea y no se destruye, y esa energía es la que lo mantendría moviendolo para siempre. Pero acá entra la segunda ley de la termodinámica, la entropía, que en resumidas palabras establece que todo proceso espontaneo tiende al desorden por lo que la energía utilisable sería cada vez menor.

[ummia]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

Pero esta es la cuestión: de que si al mover el generador eólico por medio del aire que produce un ventilador eléctrico, el eólico produce energía suficiente para alimentar al ventilador eléctrico. Normalmente el ventilador eléctrico utiliza imagino que 19 v para funcionar, pero el voltaje que puede llegar a suministrar un eólico pequeño

[ZYpp]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

julian403, en este caso estás extrayendo más energía de la que aportas al sistema, luego un balance neto de energía resulta en que el sistema genera energía por la cara.

ummia, eso es imposible. Como ya dije, no puedes extraer más energía de la que aportas o de lo contrario se está generando energía.
En una situación idealísima, donde toda la energía que le aportas al aire pudiese ser extraída por el aerogenerador, sólo podrías extraer como máximo lo suficiente como para generar el mismo voltaje que usa el ventilador. Sin contar viscosidades del aire, rozamientos mecánicos en las máquinas, pérdidas de energía electromagnética, pérdidas de flujo, etc.

[Julián]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

ummia, eso es imposible. Como ya dije, no puedes extraer más energía de la que aportas o de lo contrario se está generando energía.
En una situación idealísima, donde toda la energía que le aportas al aire pudiese ser extraída por el aerogenerador, sólo podrías extraer como máximo lo suficiente como para generar el mismo voltaje que usa el ventilador. Sin contar viscosidades del aire, rozamientos mecánicos en las máquinas, pérdidas de energía electromagnética, pérdidas de flujo, etc.

Si es imposible pero por la segunda ley de la termodinámica. Por lo que siempre habrá perdidas energéticas en forma de calor generalmente, esto es debido al rozamiento, resistencia y demás como tu dices.
La primera ley de la termodinámica dice que la energía en un sistema cerrado permanece constante, es decir, no se crea ni se destruye. Por esta primera ley no da una respuesta a la pregunta del hilo. Nuestro amigo Leo3196 con esta afirmación puede pensar que es posible hacer esa máquiena, si la energía no se destruye entonces tendría la misma energía; la energía que obtiene del viento por el generador la transforma en eléctrica y luego la transforma en energía cinética en un ventilador que movería al generador y el ciclo se perpetuaría con esa energía.
Pero hay que decirle que la termodinámica tiene otras leyes y que esa maquina de movimiento continuo no es posible por la segunda ley de la termodinámica que establece que todo proceso espontaneo tiende al desorden, por lo que siempre habrá perdidas energéticas en formas de energía no deseadas que como dije antes casi siempre es en calor. Para que se entienda, tenemos la energía cinética del viento, esta mueve las aspas del generador pero es imposible que estas no tengan rozamiento, se puede disminuir si pero no anular, así que ahí tenemos perdida energética. Luego habrá pérdida energética por la ley de joule ya que parte de la energía eléctrica se transformará en calor al circular la corriente, luego también tendremos rozamiento en las aspas del ventilador, etc.

julian403, en este caso estás extrayendo más energía de la que aportas al sistema, luego un balance neto de energía resulta en que el sistema genera energía por la cara.

La energía no se genera se transforma, luego del proceso se tiene la misma energía que se aportó, pero una se transformó en movimiento del ventilador, y otra parte en calor y esta no nos sirve.

La energía no se crea ni se destruye, permanece constante pero se pierde en el proceso la calidad de la energía utilizable

[ZYpp]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

Si es imposible pero por la segunda ley de la termodinámica. Por lo que siempre habrá perdidas energéticas en forma de calor generalmente, esto es debido al rozamiento, resistencia y demás como tu dices.

Esto es precisamente debido a la primera ley, no a la segunda. La primera ley de la termodinámica establece, en su forma más simple, lo siguiente

$$\Delta E=Q-W$$

Por tanto la energía se transforma en trabajo o se transmite en forma de calor. Las pérdidas enérgéticas que corresponden al rozamiento con el aire, resistencia y demás son el término $Q$ de la ecuación, ya que el trabajo $W$ es el que realiza el aire en el aerogenerador. Es decir, eventualmente se está perdiendo energía en forma de calor al entorno, y esto es consecuencia de la primera ley, no de la segunda.

Por esta primera ley no da una respuesta a la pregunta del hilo. Nuestro amigo Leo3196 con esta afirmación puede pensar que es posible hacer esa máquiena, si la energía no se destruye entonces tendría la misma energía; la energía que obtiene del viento por el generador la transforma en eléctrica y luego la transforma en energía cinética en un ventilador que movería al generador y el ciclo se perpetuaría con esa energía.
Pero hay que decirle que la termodinámica tiene otras leyes y que esa maquina de movimiento continuo no es posible por la segunda ley de la termodinámica que establece que todo proceso espontaneo tiende al desorden, por lo que siempre habrá perdidas energéticas en formas de energía no deseadas que como dije antes casi siempre es en calor.

De aquí señalar dos cosas: La primera es que los móviles perpetuos sí existen. No hay ninguna ley termodinámica que impida la existencia de móviles perpetuos. La primera ley impide la existencia de un móvil perpetuo del que se extraiga energía, pero no dice nada de un móvil perpetuo que no realice trabajo. Por ejemplo, la Tierra es un móvil perpetuo orbitando alrededor del Sol. En general, cualquier movimiento de órbita en un campo central es un móvil perpetuo.
La segunda es que la segunda ley de la termodinámica sólo establece el sentido en el que evolucionan los sistemas, pero no menciona nada de pérdidas energéticas ni demás historias que cuentas. Sí es cierto que habla, en cierto modo, de que se tiende al máximo "desorden". En su forma más simple, la segunda ley puede expresarse de varias formas:

$$\oint \left(\frac{\delta Q}{T}\right)_{frontera} \le 0$$

$$\Delta S=\oint \left(\frac{\delta Q}{T}\right)_{reversible} + \sigma$$

$$\Delta A=\int_1^2 \left(1-\frac{T_0}{T_f}\right)\delta Q -[W-p_0\Delta V] - T_0 \sigma$$

Mientras que el principio entrópico es consecuencia directa de la desigualdad de Clausius, donde $\sigma$ es una medida de la irreversibilidad del proceso, el principio exérgico requiere una meditación más profunda. El principio exérgico habla de la energía utilizable, en vez del "desorden del sistema".
Las tres ecuaciones son totalmente equivalentes y la interpretación que se les de puede ser más o menos diferente, pero las tres son totalmente equivalentes en cuanto a indicar el sentido en el que el sistema evoluciona. No se tienen en cuenta, como ya he dicho, pérdidas de energía en forma de tal o cual cosa. Eso es tema del primer principio, no del segundo.

[Julián]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

La primera ley de la termodinámica también conocida como principio de conservación de la energía, establece que la energía total en un sistema aislado permanece constante. Que en palabras mas cotidianas es: la energía no se crea ni se destruye.

En un sistema aislado, por ejemplo el universo $\Delta E = 0$, la energía no varía siempre se mantiene constante.

En cambio para sistemas que en el análisis no son aislado tenemos que $\Delta E \neq 0$

Ya que $\Delta E = {E}_{entra} - {E}_{sale}$

que es lo mismo que $\Delta E = Q - W$

$Q$ es el calor aportado al sistema, energía que entra al sistema y $W$ es el trabajo realizado por el sistema, energía que sale.

Para el caso del ejemplo es alrevez, $\Delta E = W - Q$, donde W es el trabajo que se realiza al sistema que aumenta su energía y Q es la energía que sale del sistema a través del calor.

Las causas que halla energía que se transforme en calor no está definido por la primera ley sino por la segunda, que estable la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otra sin que halla perdidas. [FONT=sans-serif]De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía[/FONT][FONT=sans-serif], de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.[/FONT]

[ZYpp]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

Las causas de que la energía se transforme en calor sí está definido por la primera ley. Totalmente. Un ejemplo básico de esto es el análisis de una resistencia, mismamente. Imaginando una resistencia $R$ por la que circula una corriente $I$, sabemos que la potencia eléctrica que consume viene dada por

$$\frac{\dd E}{\dd t} = RI^2$$

y teniendo en cuenta que no se realiza ningún trabajo, aplicando el primer principio de la termodinámica obtenemos

$$\frac{\dd Q}{\dd t} = \frac{\dd E}{\dd t}=RI^2$$

por tanto el calor será

$$Q = \int_{t_0}^t RI^2 \dd t = RI^2(t-t_0)$$

Que se conoce como efecto Joule.
Así, hemos conseguido la expresión del calor generado por una resistencia eléctrica que disipa energía. Como en este ejemplo, se puede hacer lo mismo para todos los subsistemas que disipen energía en nuestro problema, obteniendo leyes más o menos complicadas del calor.

El segundo principio de la termodinámica, como ya dije, sólo sólo establece el sentido en el que evolucionan los sistemas. Así, un sistema evolucionará sólo a otro con mayor o igual entropía, conforme al principio entrópico que puse en el comentario anterior. Otra de las muchas formas de expresar el segundo principio es el enunciado de Kelvin-Planck: Es imposible que una máquina térmica operando cíclicamente absorba calor de un foco térmico y lo convierta íntegramente en trabajo.
Este enunciado es a lo que te referías tú, sin embargo lo has interpretado de una manera sumamente errónea. No habla de pérdidas, si no de que no se puede absorber calor y transformarlo íntegramente en trabajo en una máquina térmica operando cíclicamente. En cualquier otro proceso, como el ejemplo de la resistencia, lo que dices es totalmente erróneo.

[FONT=sans-serif]De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía[/FONT]

La primera frase es cierta. La segunda, como ya te he dicho, no del todo. La entropía no es la única forma de expresar el segundo principio.

[Breogan]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

Hola:
Estimado Leo3196, si te sirve te doy un pequeño analisis de tu Maquina. Supongo que tenes algun concepto general de energia y de su conservacion (en un sistema aislado la energia total permanece constante o la energia que el medio entrega a un sistema es igual a la variacion de la energia interna del sistema mas la que esta devuelve al medio).
Para el analisis despreciaremos las eficiencias de los distintos sistemas de transformacion de la energia.

1º Tu ventilador recibe energía eléctrica de afuera y la transforma en energía eólica (no hay ganancia de energía)

2º Molino recibe energía eólica del ventilador y la transforma en energía mecánica (no hay ganancia de energía)

3º Tu molino entrega energía mecánica a un generador eléctrico que la transforma en energía eléctrica (No hay ganancia de energía).

En cada uno de los procesos intermedios se verifica que no hay una ganancia de energía. La energía eléctrica que sale del dispositivo es igual a la energía que entra a el.

En este análisis se omiten infinidad de pasos intermedios, y se supone que todos los dispositivos son 100 % eficientes.
En la practica no existen dispositivos con esa eficiencia, basta que toques el motor de tu ventilador para que veas que se calienta, parte de la energía que le diste se transformo en calor, en la parte eléctrica parte de la energía se transforma en radiación electromagnética, elviento del ventilador se dispersa y si lo entubas hay perdidas por rozamiento, etc.

En la naturaleza, por lo hasta ahora visto y medido, no existe el movimiento perpetuo. Y menos ganar algo sin invertir nada

Por otra parte la 1º ley de la termodinámica es una forma de expresar el principio de conservación de la energía, y la 2º ley de la termodinámica nos indica el sentido de la evolución de las transformaciones dentro de un sistema aislado (irreversibilidad).
La tierra en su órbita no es un móvil perpetuo, aparte del evidente rozamiento con la atmósfera solar que la frena, según cálculos teóricos el par tierra-sol estaría emitiendo alrededor de 300 W en ondas gravitatorias (esto hay que tomarlo con pinzas, leí las conclusiones pero no todo el articulo)
Si me permiten opinar la discusión sobre 1º y 2º ley de la termodinámica no le aporta al autor de este hilo, y da como para empezar otro.

Gracias

Suerte
Saludos

[ZYpp]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

Breogan, la discusión no da para empezar otro hilo porque es una discusión estéril. Efectivamente, como has dicho, la imposibilidad de que funcione la máquina se debe únicamente al primer principio.

El ejemplo de la Tierra orbitando es válido por dos razones: La primera es que se vea la idealización, esto es, que no hay ninguna ley termodinámica que impida que algo se mueva permanentemente siempre y cuando no se extraiga energía de él. La segunda es que la diferencia del movimiento de la Tierra es inapreciable en la escala de tiempos que nos interesa, haciendo totalmente despreciable ese hecho.

[Julián]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

Pero lo que pasa ZYpp es que sacas de contexto las leyes. Como ha hecho el análisis Breogan, según la máquina de Leo3119, este aporta energía al sistema, mediante el generador. Energía mecánica que se transforma en eléctrica, a lo que se refiere es que aporta una cantidad de energía ${E}_{1}$ al sistema y según el este se mantendría en movimiento con esa energía para siempre. Ya que ${E}_{1}$, se transforma en energía eléctrica ${E}_{2}$[Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] , que luego se transforma mediante un motor en mecánica nuevamente ${E}_{3}$[Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] y así el ciclo continua. Y si le dieramos a atender que esto no es posible por la primera ley de la termodinámica, tendría una confución ya que esta mensiona que la energía no se crea y se destruye.

La segunda ley de la termodinámica estable que todo proceso espontáneo tiende al desorden y esto es medido por la magnitud llamada entropía. En un proceso espontáneo la entropía del sistema aumenta, es decir, que aumenta el desorden, la temperatura. Además se puede decir de la entropía lo siguiente.

[FONT=sans-serif]En [/FONT]termodinámica[FONT=sans-serif], la [/FONT]entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producirtrabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural.

Volviendo a la máquina de Leo3119, en principio este aporta energía al sistema, por lo que no es un proceso espontáneo. esto hace que el generador genere una diferencia de potencial eléctrico, de ahí que el sistema evoluciona naturalmente, por él mismo, es decir, espontaneamente. Ya que la diferencia de potencial establece una corriente, la cual disipa potencia en la resistencia de carga que es el motor de manera que esa energía eléctrica se transforme en mecánica. Pero como eso fue un proceso espontaneo, la entropía del sistema aumento. Eso quiere decir que no toda esa energía que aportó al principio se transformó en trabajo mecánico sino que parte de la energía se transformó en calor, la cual aumento la temperatura del sistema, el desorden, la entropía.

La primera frase es cierta. La segunda, como ya te he dicho, no del todo. La entropía no es la única forma de expresar el segundo principio

La entropía no expresa la segunda ley. La segunda ley es la segunda ley y esta establece que todo proceso espontaneo tiende al desorden. Ahora esto se cuantifica mediante una magnitud, ya que en física los número hablan. Esa magnitud se llama entropía.
http://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa

[ZYpp]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

Pero es que nada imposibilita que esa máquina sea un móvil perpetuo, salvo la continua pérdida de energía en forma de calor. Si no hubiese irreversibilidades internas, como dijo Breogán, esa máquina funcionaría hasta el infinito. Este proceso es perfectamente viable por la segunda ley, aunque en la práctica no se da debido a la irreversibilidad inherente a cualquier proceso termodinámico. ¡El móvil ahora se ha convertido en perpetuo! Lo que no se puede hacer es extraer energía del sistema y que este siga teniendo la misma energía que antes, es decir, que seguirá moviéndose hasta el infinito. Si extraes energía, eventualmente se irá frenando hasta que no pueda transferir más. ¡Esto es consecuencia del primer principio! ¡Es un simple balance de energía! Esta máquina no funcionaría, aún considerando el proceso isoentrópico.
No sé cómo quieres que te explique que el segundo principio no sirve de nada aquí.

[Julián]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

No existe la máquina de movimiento perpetuo. Tomemos un ejemplo cotidiano, si a un péndulo lo sacás de la posición de equilibrio, levantandolo por lo que aumentas su energía potencial, le aportás energía al sistema. Energía mecánica ${E}_{M}$

${E}_{M}= {E}_{p} + {E}_{c}$


Luego cuando lo liberás, el péndulo empieza a caer, disminuyendo esa energía potencial y aumentando su energía cinética, pasa por el punto de equilibrio y luego empieza a subir por el otro lado, disminuyendo su energía cinética y aumentando la energía potencial, hasta llegar a su máximo y vuelve a empezar el proceso.
Pero como nos demuestra la experiencia, el péndulo en algún momento se va a parar. El movimiento no es perpétuo, esa ${E}_{M}$ se transformó completamente en temperatura por el rozamiento que había, ya sea por el rozamiento de la cuerda del péndulo, o el rozamiento con el aire. Pero es imposible anular completamente el rozamiento.

Así podemos seguir con todos los fenómenos de la naturaleza y en todos va a pasar que la energía se transforme en una indeseable y digo indeseable porque no es útil. Así por ejemplo, si queriamos guardar energía mediante el péndulo y en un momento posterior obtenerla, obtener esa energía mecánica, vamos a obtener menos, la temperatura que aumento no nos va a servir.
Si esto, de que un proceso espontaneo disminuya su energía útil pasa en todos los fenómenos de la naturaleza estamos en posibilitados de enunciar una ley. Que en todo proceso espontaneo la energía útil disminuye, pero los físicos todo lo tienen que cuantificar y medir así que se inventa una magnitud que mida esto y se la llama entropía.

Lo que no se puede hacer es extraer energía del sistema y que este siga teniendo la misma energía que antes, es decir, que seguirá moviéndose hasta el infinito

Ahi está el problema. Nadie contradice el primer principio, es evidente que si extraes energía del sistema, la energía de este disminuirá en proporción a la que sacaste.
Lo que no tienes en cuenta es que vas a sacar menos energía que la que le suministraste. supongamos un sistema que tiene energía cero, luego le suministras energía, cuando quieres obtener esa energía sacandole toda, no vas a tener la misma energía que la que le suministraste, vas a tener menos. Esto es debido a que parte de esa energía se transformó en una que no es útil, como la temperatura. Otro ejemplo es el combustible de un auto, cuando llenas el tanque con nafta le estás aportando energía pero esa energía no la podrás transformar toda en movimiento, en trabajo. Parte se transformó en calor, que es inutil. Nunca vas a poder obtener toda la energía que le entregaste al sistema en la que quieres. La cantidad de energía sigue siendo la misma, pero en el proceso la energía utilizable disminuyó y este principio es el segundo principio de la termodinámica que se cuantifica en la entropía

[Breogan]

Re: Problema con una forma de generar energía eléctrica

Hola:

Si me permiten les doy mi impresion, espero no equivocarme.
Imaginemos una maquina ciclica totalmente aislada del medio en una caja (adiabatica, opaca, etc. etc..)
El 1º principio de la termodinamica nos dice que le energía dentro de la caja se va a conservar, en ningún momento nos dice como va a evolucionar nuestra maquina, no le importa puede ser movimiento perpetuo o no que si la energía se mantiene ella se cumple. No impide ni avala la existencia de movimiento perpetuo. Evidentemente si sale energía durante un tiempo suficiente de la caja este principio nos dirá que nuestra maquina se quedo sin energía y se paro.

El 2º principio nos dice que los procesos dentro de la caja son irreversibles, es decir que de toda la energía que interviene en el proceso por ciclo solo una fracción genera trabajo útil, y la energía "desperdiciada" no queda disponible para su transformación (desorden) y la entropia del sistema sube hasta que este se para.

A propósito deje afuera los procesos donde no hay variación de entropia (que podrían usarse en un móvil perpetuo) por que realmente no conozco ninguno que se ajuste. Si ustedes tienen ejemplos se agradecerían.

Suerte
Saludos