Termodinamica

5.1 El concepto de entropía y su expresión matemática

La entropía es una propiedad extensiva de un sistema y algunas veces se le conoce como la entropía total. La entropía por unidad de masa, denominada s, es una propiedad intensiva y se mide con la unidad KJ (Kg*K). El término entropía se emplea para referirse tanto a la entropía total como a la entropía por unidad de masa, ya que elcontexto clarifica a cuál de ellas se hace referencia.
El cambio en la entropía de un sistema durante un proceso se determina al integrar la ecuación dS= δQTint rev entre los estados inicial y final.
ΔS=S2-S1=12QT
(KJ/K)

5.2. Balance general de entropía

5.2.1. Balance de entropía en un sistema cerrado

Un sistema cerrado no impica flujode masa por sus fronteras, y su cambio de entropía es simplemente la diferencia entre las entropías inicial y final del sistema. El cambio de entropía de un sistema cerrado se debe a la transferencia de entropía que acompaña a la transferencia de calor y a la generación de entropía dentro de las fronteras del sistema, y la ecuación para el balance de entropía de un sistema cerrado:S2-S1=12δQT+Sgen, sys

La relación anterior del balance de entropía expresa que el cambio de entropía de un sistema cerrado durante un proceso es igual a la suma de la entropía transferida por la frontera del sistema mediante la transferencia de calor, y de la entropía generada dentro de las fronteras del sistema por efecto de irreversibilidades. Aquí T es la temperatura absoluta de parte de la frontera delsistema y cuando δQ cruza la frontera, y el signo de Q se determina de acuerdo con el sistema (positivo si entra y negativo si sale de éste)

5.2.2. Balance de entropía en sistema abierto

Las relaciones del balance de entropía para volúmenes de control son similares a las que se dieron antes para sistemas cerrados, pero en este caso se debe considerar un mecanismo más de intercambio deentropía: el flujo de masa a través de las fronteras del volumen de control. La masa posee entropía así como energía, y las cantidades de estas dos propiedades extensivas son proporcionales a la cantidad de masa.

Debido a que un volumen de control es un sistema cerrado que posibilita la transferencia de masa, la forma de relación del balance de entropía para un volumen de control se obtiene por larelación de balance de un sistema cerrado el cual se modifica para permitir el transporte de entropía con la masa. Si supone un flujo unidimensional, éste puede expresarse como:

dSVCdt=QkTk+mese-msss+Sgen, VC

La relación de balance de entropía anterior establece que la relación de cambio de entropía dentro del volumen de control dSVCdt durante un proceso es igual a la suma de la relación detransferencia de entropía a través de la frontera del volumen de control mediante la transferencia de calor, la relación neta del transporte de entropía dentro del volumen de control por el flujo de masa, y la relación de generación de entropía dentro de las fronteras del volumen de control como resultado de las irreversibilidades.

5.2.3 Enunciado de la segunda ley de la termodinámica
Ladefinición formal del segundo principio de la Termodinámica establece que:
En un estado de equilibrio, los valores que toman los parámetros característicos de un sistema termodinámico cerrado son tales que maximizan el valor de una cierta magnitud función dichos parámetros, llamada entropía.
Las consecuencias de este enunciado son sutiles: al considerar un sistema cerrado tendente al equilibrio, losestados de equilibrio posibles incluyen todos aquellos que sean compatibles con los límites o contornos del sistema. Entre ellos se encuentra, evidentemente, el estado de equilibrio de partida. Si el sistema varía su estado de equilibrio desde el de partida a otro, ello es debido a que la entropía del nuevo estado es mayor que la del estado inicial; si el sistema cambia de estado de equilibrio,...