Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 7
Por consiguiente, el cambio de entropía del agua durante este proceso es
¢S m 1s 2 s 1 2 13 lbm211.7761 0.074592 Btu>lbm # R
5.105 Btu/R
7-4 ■ PROCESOS ISENTRÓPICOS
Antes se mencionó que la entropía de una masa fija puede cambiarse por 1)
la transferencia de calor y 2) las irreversibilidades; entonces, la entropía de
una masa fija no cambia durante un proceso que es internamente reversible y
adiabático (Fig. 7-14). Un proceso en el que la entropía se mantiene constante
es un proceso isentrópico, el cual se caracteriza por
Proceso isentrópico: ¢s 0 o s 2 s 1 1kJ>kg # K2 (7-13)
Es decir, una sustancia tendrá el mismo valor de entropía tanto al final del
proceso como al inicio si el proceso se lleva a cabo de una manera isentrópica.
Muchos sistemas o dispositivos de ingeniería como bombas, turbinas, toberas
y difusores son esencialmente adiabáticos en su funcionamiento, y tienen
mejor desempeño cuando se minimizan las irreversibilidades, como la fricción
asociada al proceso. Un proceso isentrópico puede servir como un modelo
apropiado para los procesos reales, además de permitirnos definir las eficiencias
para procesos al comparar el desempeño real de estos dispositivos con el
desempeño bajo condiciones idealizadas.
Es importante reconocer que un proceso adiabático reversible necesariamente
es isentrópico (s 2 s 1 ), pero uno isentrópico no es necesariamente
un proceso adiabático reversible (por ejemplo, el incremento de entropía de
una sustancia durante un proceso, como resultado de irreversibilidades, puede
compensarse con una disminución en la entropía como resultado de las pérdidas
de calor). Sin embargo, el término proceso isentrópico se usa habitualmente
en termodinámica para referirse a un proceso adiabático internamente
reversible.
Vapor
s1
No hay irreversibilidades
(internamente reversible)
No hay transferencia de calor
(adiabático)
s 2 = s 1
FIGURA 7-14
Durante un proceso adiabático
internamente reversible (isentrópico), la
entropía permanece constante.
T
1.4 MPa
5 MPa
1
2
Expansión
isentrópica
EJEMPLO 7-5 Expansión isentrópica de vapor de agua en una turbina
En una turbina adiabática entra vapor de agua a 5 MPa y 450 °C y sale a una
presión de 1.4 MPa. Determine el trabajo de salida de la turbina por unidad
de masa de vapor si el proceso es reversible.
P 1 5 MPa
T 1 450 C
s 2 = s 1
s
Solución De una manera reversible, el vapor de agua se expande en una
turbina adiabática hasta una presión especificada. Se determinará el trabajo
de salida de la turbina.
Suposiciones 1 Éste es un proceso de flujo estacionario porque no hay cambio
con respecto al tiempo en cualquier punto, por lo tanto m CV 0, E CV 0
y S CV 0. 2 El proceso es reversible. 3 Las energías cinética y potencial son
insignificantes. 4 La turbina es adiabática, por lo tanto no hay transferencia
de calor.
Análisis Se toma la turbina como el sistema (Fig. 7-15), el cual es un volumen
de control porque la masa cruza las fronteras del sistema durante el
proceso. Se observa que sólo hay una entrada y una salida, por lo tanto ṁ 1
ṁ 2 ṁ.
Turbina
de vapor
w salida ?
P 2 1.4 MPa
s 2 s 1
FIGURA 7-15
Esquema y diagrama T-s para el ejemplo
7-5.