Quee Pasaaa

Área de Máquinas y Motores Térmicos Escuela Superior de Ingeniería

Tema 6 Segundo Principio Termodinámica:  Desigualdad De Clausius

Índice Tema 6
• • • • 6.1.- Desigualdad de Clausius 6.2.- Principio de Incremento de Entropía 6.3.- Balance de Entropía 6.4.- Cálculo de Entropía
• • • • 6.4.1.- Sustancias Puras 6.4.2.- Relaciones T ds 6.4.3.- Líquidos y Sólidos 6.4.4.- Gases Ideales

•6.5.- Eficiencias Isentrópicas de Dispositivos de Estable • 6.6.- Trabajo Reversible en Flujo Estable • 6.7.- Minimización del Trabajo del Compresor

Flujo

6.1.- Desigualdad de Clausius
 Q   T   0  
• Propiedad Entropía:

 Q   dS    T int_ rever



 Q   S 2  S1   T  int_ rever 1

2

6.2.- Principio Incremento Entropía
 Q   Q      T  2  Tint_ rever  0   1
2 1

 Q  S 2  S1       S gen T  1

 Q    T   S1  S 2   0  1 2  Q    T   S 2  S1   2 1
2

S gen  0  irrever S gen  0  int_ rever S gen  0  imposible

S aislado  0

S gen  0

 Los procesos sólo pueden ocurrir en una cierta dirección, aquella que obedezca el Principio de Incremento de Entropía. Un proceso que viole elPrincipio de Incremento de Entropía es imposible.  El Principio de Incremento de Entropía no implica que la de un sistema no pueda disminuir. El cambio de entropía de un sistema puede ser negativo durante un proceso, pero la generación de entropía no.  El desempeño de los sistemas de ingeniería es degradado por la presencia de irreversibilidades, y la generación de entropía es una medida de lasmagnitudes de irreversibilidad presente durante ese proceso. A mayor magnitud de irreversibilidad, mayor generación de entropía. Así pues, la generación de entropía puede emplearse como una medida cuantitativa de la irreversibilidad asociada a un proceso.

6.3.- Balance Entropía
S sistema  S entrada  S salida  S gen
Sistemas Cerrados:
 Q  S 2  S1       S gen T  1 n  dS Q   S gen dt f 0 T f
2



Sistemas Abiertos:
S 2  S1  
dS  dt
2 1

Q   me ·se   ms ·ss S gen Tf
    me ·se   ms ·ss Sgen



 Q  T f 0 f

n

Problemas
• Un dispositivo compuesto por cilindro-émbolo contiene una mezcla de líquido y vapor de agua a 300K. Durante un proceso a presión constante se transfieren al agua 750kJ de calor. Como resultado, la partelíquida en el cilindro se vaporiza. Determine el cambio de entropía del agua durante el proceso. Una fuente de calor a 800K pierde 2000 kJ de calor hacia un sumidero a (a) 500K, y (b) 750K. Determine qué proceso de transferencia de calor es más irreversible. En una casa ocurre transferencia estable de calor a través de un muro de ladrillo de 5x7 m cuyo espesor es de 30cm. En un día en el que latemperatura exterior es de 0ºC, la casa se mantiene a 27ºC, mientras que las temperaturas de las superficies interior y exterior del muro han sido medidas en 20ºC y 5ºC respectivamente, con una tasa de transferencia de calor a través de la pared de 1035 W. Determinar la tasa de generación de entropía en el muro y la generación de entropía total asociada con este proceso de transferencia de calor.•

•

 Un dispositivo cilindro-émbolo sin fricción contiene una mezcla saturada de líquido-vapor a 100ºC. Durante un proceso de presión constante, 600kJ de calor se transfieren al aire circundante que se halla a 25ºC. Como resultado, la parte de vapor dentro del cilindro se condensa. Determine, a) el cambio de entropía del agua, y b) la generación de entropía total durante este proceso detransferencia de calor.  Un recipiente rígido contiene inicialmente 5 kg de refrigerante 134a a 20ºC y 140kPa, la sustancia se enfría mientras es agitado hasta que su presión disminuye a 100kPa. Determine el cambio de entropía del refrigerante durante este proceso.  En una turbina adiabática entra vapor a 5 MPa y 450ºC; y sale a una presión de 1,4 MPa. Determine el trabajo de salida de la...