7/23/2019 Entropía, Exergía y Ejercicios

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Entropía

•  En termodinámica, la   entropía    (simbolizada como   S ). esuna magnitud física que, mediante cálculo, determina la partede la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

•  La entropía describe lo irreversible de los sistemastermodinámicos. (espontaneidad)

•   La palabra   entropía   procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o transformación.

•  Fue Rudolf Clausius quien le dio nombre y la desarrolló

durante la década de 1850.

•   y Ludwig Boltzmann, quien encontró la manera de expresar matemáticamente este concepto, desde el punto de vista de la probabilidad.

Ejemplo;El caso más simple de producción de entropía se da cuando tenemos calor que pasade un cuerpo caliente a uno frío Si tenemos dos focos a temperaturas  T 1 y T 2 y unacierta cantidad de calor Q  pasa del 1 al 2, se produce una disminución de entropía enel primero

y un aumento en el segundo

resultando una variación neta en el universo

Para que este proceso sea posible, debe ser T 1 > T 2, como afirma el enunciado deClausius.

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La conexión entra la transferencia de calor y una propiedad de incertidumbre que

muestra la dirección de un proceso corresponde a la segunda ley de la termodinámica.Siendo la entropía la propiedad que describe la desorganización o incertidumbre.

Cambio de entropía durante un proceso isotérmico

La entropía generada durante un proceso se llama generación de entropía y se denotapor S gen.

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¿Cual tendrá una transferencia de calor

es más irreversible?

Cambio de entropía de sustancias puras

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Procesos Isentrópicos

Minimizar irreversibilidades

Ejemplos son las bombas, turbinas,toberas y difusores

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Una bomba de calor completamente reversible produce calor a razón de 300 kW para

calentar una casa que se mantiene a 24 °C. El aire exterior, que está a 7 °C, sirve comofuente. Calcule la tasa de cambio de entropía de los dos depósitos y determine si estabomba de calor satisface la segunda ley de acuerdo con el principio de incremento deentropía

Durante el proceso isotérmico de rechazo de calor en un ciclo Carnot, el fluidode trabajo experimenta un cambio de entropía de 0.7 Btu/R. Si la temperaturadel sumidero térmico es de 95 °F, determine a ) la cantidad de transferencia decalor, b ) cambio de entropía del sumidero y c ) el cambio total de entropía paraeste proceso.

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Exergía: potencial de trabajo de la energía

potencial de trabajo de la fuente, sería la cantidad de energía que podemosextraer como trabajo útil.

Se afirma que un sistema está en elestado muerto cuando se encuentra enequilibrio termodinámico con el ambiente

P0; T0; h0; u0 y s0

Exergía (potencial de trabajo) asociada con la energía cinética y potencial

La energía cinética es una forma de energía mecánica 

La energía potencial también es una forma de energíamecánica 

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Ejercicios:

1) Se comprime aire mediante un compresor de 30 kW, de P 1 a  P 2. Latemperatura del aire se mantiene constante a 25 °C durante este proceso,como resultado de la transferencia térmica al entorno a 17 °C. Determine latasa de cambio de entropía del aire. Indique las suposiciones que sehicieron al resolver este problema.

2) 2 lbm de agua a 300 psia llenan un dispositivo de cilindro-émbolo, cuyo

volumen es 2.5 pies3. El agua se calienta luego a presión constante hastaque la temperatura llega a 500 °F. Determine el cambio resultante en laentropía total del agua.

3) Un recipiente rígido bien aislado contiene 5 kg de un vapor húmedo deagua a 150 kPa. Inicialmente, tres cuartas partes de la masa se encuentraen la fase líquida. Un calentador de resistencia eléctrica colocado en elrecipiente se enciende ahora y se mantiene encendido hasta que todo ellíquido del recipiente se vaporiza. Determine el cambio de entropía del vapordurante este proceso

4) Un recipiente rígido está dividido en dos partes iguales por una pared.Una parte del recipiente contiene 2.5 kg de agua líquida comprimida a 400kPa y 60 °C, mientras la otra parte se vacía. La pared se quita ahora y elagua se expande para llenar todo el tanque. Determinar el cambio deentropía del agua durante este proceso, si la presión final en el recipiente es40 kPa.

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5) Un dispositivo aislado de cilindro-émbolo contiene 5 L de agua líquida

saturada a una presión constante de 150 kPa. Un calentador de resistenciaeléctrica dentro del cilindro se enciende ahora y se transfiere una energíade 2200 kJ al agua. Determine el cambio de entropía del agua durante esteproceso.

6) Entra vapor de agua a una turbina a 6 MPa y 400 °C, y sale de la turbinaa 100 kPa con la misma entropía específica que la de entrada. Calcule ladiferencia entre la entalpía específica del agua a la entrada y a la salida dela turbina