Electricidad

LA ENTROPIA
MARCO TEÓRICO
a) Concepto Físico de la Entropía.-
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. 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 formanatural. La entropía puede verse como una medida de desorden molecular, o aleatoriedad molecular y esta definida como:

dS=dQTint rev

b) Cambio de entropía en sustancias puras.-

La entropía de una sustancia pura se determina a partir de las tablas igual que con otras propiedades.
Grafico 7-10

En las regiones del liquido comprimido y de vapor sobrecalentado, los valores pueden obtenersedirectamente de las tablas, mientras que para la región de mezcla saturada, se determina a partir de:

s=sf+xsfg (kJ/kg∙K)

donde x es la calidad, y los valores sf y sfg se listan en las tablas de saturación. En ausencia de datos para liquidos comprimidos, la entropía de estos se aproxima por la entropía del liquido saturado ala temperatura dada:

s@TP≅sf@T (kJ/kg∙K)Durante un proceso, el cambio de entropía de una masa especificada m simplemente es:
∆S=m∆S=m(s2-s1)
La cual es la diferencia entre los valores de entropía en los estados inicial y final.
c) Cambio de entropía en gases ideales.-

Una formula para el cambio de entropia de un gas ideal se obtiene empelando las relaciones de propiedad para los gases ideales. Sustituyendo du=cvdT y P=RT/v, elcambio diferencial de entropía de un gas ideal se vuelve:

ds=cvdTT+Rdvv

El cambio de entropía para un proceso se obtiene integrando esta relación entre los estados extremos:

s2-s1=12cvTdTT+R lnv2v1

Una segunda relación para el cambio de entropía de un gas ideal se obtiene de manera similar a la anterior, sustituyendo dh=cpdT y v=RT/P se obtiene:

s2-s1=12cvTdTT+R lnP2P1

d) Laeficiencia isoentrópica en dispositivos de flujo estable:

Es muy importante tener un parámetro que exprese cuantitativamente cuan eficaz es un dispositivo, tal parámetro es la eficiencia isentrópica o adiabática, que es una medida de la desviación de los procesos reales respecto de los idealizados correspondientes. La mayoría de los dispositivos de flujo estable operan bajo condicionesadiabáticas, y el proceso ideal para estos dispositivos es el isentrópico. Para las turbinas, compresores y toberas, se expresa como sigue:
ηT=Trabajo real de la turbinaTrabajo isentrópico de la turbina=waws≅h1-h2ah1-h2s

ηC=Trabajo isentrópico del compresorTrabajo real del compresor=wswa≅h2s-h1h2a-h1

ηN=Energia cinetica real a la salida de la toberaEnergia cinetica isentrópica=V2a2V2s2≅h1-h2ah1-h2s

En las relaciones anteriores, h2a y h2s son los valores de la entalpia en el estado de salida para los procesos real e isentrópico, respectivamente.

e) El balance de entropía.-

La propiedad entropía es una medida de desorden molecular o aleatoriedad de un sistema, y la segunda ley de la termodinámica establece que la entropía puede crearse pero no destruirse. Por consiguiente, elcambio de entropía de un sistema durante un proceso es mayor a la transferencia de entropía en una cantidad igual hacia a la entropía generada durante el proceso dentro del sistema, entonces el principio de incremento de entropía para cualquier sistema se expresa como:

Sentrada-Ssalida+Sgenerada=∆Ssistema

Esta relación a menudo se nombra como el balance de entropía y es aplicable a cualquiersistema que experimenta cualquier proceso. La anterior relación de balance de entropía puede enunciarse como: el cambio de entropía de un sistema durante un proceso es igual ala transferencia de entropía neta a través de la frontera del sistema y la entropía generada dentro de este.

Para un proceso de flujo estable se simplifica a:

Sgen=Σmese-Σmisi-ΣQkTk

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