Cambio en la entropia

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Cambio de entropía de sustancias puras

 
Características:

1. La entropía es una propiedad, por lo tanto al fijar el estado del sistema se determina la entropía.
2. Al especificar dos propiedades intensivas se fija un estado.
3. La entropía puede expresarse en función de otras propiedades; pero estas relaciones son muy complicadas y no son prácticas para cálculos.
4. Losvalores de la entropía en las tablas de propiedades se dan de acuerdo a un estado de referencia arbitrario.
5. Los valores de la entropía se vuelven negativos por debajo del valor de referencia.
6. El valor de la entropía en un estado específico se determina de la misma manera que cualquier otra propiedad.
7. En las regiones de líquido comprimido, vapor saturado, región delíquido-vapor, líquido saturado y vapor sobrecalentado, los valores se obtienen directamente de tablas en el estado especificado.
8. El cambio de entropía durante un proceso es la diferencia entre los valores de entropía de los estados inicial y final.

Caso 29: Cambio de entropía de una sustancia en un tanque

Un tanque rígido contiene 5 kg de refrigerante 134a a 20 ºC y 140 Pa. Luego elrefrigerante se enfría mientras se agita hasta que su presión disminuye a 100 kPa. Determine el cambio de entropía del refrigerante durante el proceso.

Se concluye que en el estado 2 el refrigerante es una mezcla líquido-vapor, pues: vf v2 vg hay que determinar la calidad del vapor para calcular ya sea h2 o s2 que son función de esas propiedades en los dos estados (líquido-vapor):

Caso 30: Cambiode entropía en proceso a presión constante

Un mecanismo cilindro-embolo contiene 3 lbm de agua en estado líquido a 20 psia y 70 ºF. El agua se calienta a presión constante, mediante la adición de 3,450 Btu. Determine el cambio de entropía del agua durante el proceso.

Caso 31: Expansión isoentrópica de vapor en una turbina

A una turbina adiabática ingresa vapor a 5 MPa y 450 ºC y sale a1.4 MPa. Determine el trabajo producido por la turbina por unidad de masa de vapor si el proceso es reversible.

Cambio de entropía en sustancias incompresibles

 
Características:

1. Capacidad térmica básicamente constante.

2. cp =cv = c

3. La entropía depende de la temperatura e independiente de la presión.

4. Para líquidos que se expanden considerablemente con ungran cambio de temperatura, puede ser necesario considerar los efectos del cambio de volumen.

Su variación entrópica viene dada por la siguiente ecuación:

5.   La entropía para líquidos y sólidos usualmente se encuentran en tablas

6.   En un proceso isoentrópico de sustancias incompresibles, la temperatura permanece constante:

7.   Los líquidos y sólidos obedecen a estecomportamiento.
En ingeniería de procesos es muy importante el transporte de líquidos en tuberías. Las bombas pueden formar parte de un volumen de control, incluyendo las tuberías las cuales pueden experimentar cambio en diámetro y en altura:

En régimen estacionario, dE/dt = 0

Q + Weje = H + EC + EP

Para fluidos incompresibles:

H = U + vP

Weje = U + vP + EC + EP – Q
Caso 32: Efecto dela densidad de un líquido sobre la entropía

El metano se emplea en aplicaciones criogénicas. La temperatura crítica del metano es de 191 K (-82 ºC) y por lo tanto el metano debe mantenerse por debajo de 191 K como líquido. En la tabla 6.1 se presentan las propiedades del metano a varias temperaturas y presiones.
Determine el cambio de entropía del metano líquido desde el estado inicial de 110K y 1 MPa hasta un estado final de 120 K y 5 MPa.

a)   Utilizando datos reales para el metano.
b)   Aproximando el metano líquido a una sustancia
incompresible.
c)   ¿Cuál es el error?

                                                                TABLA |
Propiedades del metano líquido |
TemperaturaT, K | PresiónP, MPa | Densidad, kg/m3 | Entalpíah, kJ/kg | EntropíaS,...
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