Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ENTROPÍA
Alrededores
ΔS sistema = –2 kJ/K
Sistema
ΔS alrededores = 3 kJ/K
S generada = ΔS total = ΔS sistema + ΔS alrededores = 1 kJ/K
FIGURA 7-8
El cambio de entropía de un sistema
puede ser negativo, pero la generación de
entropía no.
Q
este principio es imposible. Este principio obliga a menudo a las reacciones
químicas a detenerse antes de completarse.
2. La entropía es una propiedad que no se conserva, por lo tanto no existe
algo como el principio de conservación de la entropía. Ésta se conserva
sólo durante el proceso reversible idealizado y se incrementa durante
todos los procesos reales.
3. El desempeño de los sistemas de ingeniería es degradado por la presencia
de irreversibilidades; y la generación de entropía es una medida de
las magnitudes de irreversibilidades presentes durante ese proceso. A
mayor magnitud de irreversibilidades, mayor generación de entropía. Por
consiguiente, la generación de entropía puede usarse como una medida
cuantitativa de irreversibilidades asociadas al proceso, y para establecer
el criterio a emplearse en el diseño de dispositivos. Este punto se ilustra a
continuación, en el ejemplo 7-2.
EJEMPLO 7-2 Generación de entropía durante los procesos
de transferencia de calor
Una fuente de calor a 800 K pierde 2 000 kJ de calor hacia un sumidero a
a) 500 K y b) 750 K. Determine qué proceso de transferencia de calor es más
irreversible.
Fuente
800 K
Sumidero A
500 K
2 000 kJ
Fuente
800 K
Sumidero B
750 K
a) b)
FIGURA 7-9
Esquema para el ejemplo 7-2.
Solución El calor se transfiere de una fuente de calor hacia dos sumideros
de calor con diferentes temperaturas. Se determinará el proceso de transferencia
de calor más irreversible.
Análisis Un bosquejo de los depósitos se muestra en la figura 7-9; ambos
casos involucran la transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura
finita, por lo tanto los dos son irreversibles. La magnitud de irreversibilidad
asociada con cada proceso puede ser determinada calculando el
cambio de entropía total para cada caso. El cambio de entropía total para un
proceso de transferencia de calor que involucra dos depósitos (una fuente y
un sumidero) es la suma de los cambios de entropía de cada depósito, dado
que ambos forman un sistema adiabático.
¿Realmente lo forman? La exposición del problema da la impresión que los
dos depósitos están en contacto directo durante el proceso de transferencia de
calor, pero esto no puede ser así porque la temperatura en un punto puede
tener sólo un valor y por lo tanto no puede ser de 800 K en uno de los lados
del punto de contacto y de 500 K en el otro. Dicho de otra manera, la función
de temperatura no puede tener un salto de discontinuidad. Entonces, es
razonable suponer que ambos depósitos están separados por una división a
través de la cual las caídas de temperatura son de 800 K en un lado, y 500
K (o 750 K) en el otro. Por consiguiente, el cambio de entropía de la división
también debe ser considerado al evaluar el cambio de entropía total para este
proceso. Sin embargo, si se toma en cuenta que la entropía es una propiedad
y los valores de éstas dependen del estado de un sistema, se puede sostener
que el cambio de entropía de la división es cero porque dicha división parece
haber sufrido un proceso estacionario, de manera que no experimentó cambio
en sus propiedades en cualquier punto. Este argumento se basa en el hecho
de que la temperatura en ambos lados de la división —y por lo tanto por todas
partes— permanece constante durante este proceso. Por consiguiente, se justifica
suponer que S división 0 dado que la entropía (así como la energía)
contenida de la división permanece constante durante el proceso.