Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ENTROPÍA
a) Como el agua es sometida a un proceso internamente isotérmico reversible,
su cambio de entropía puede determinarse a partir de
¢ S sistema
Q
T sistema
600 kJ
1100 273 K 2 1.61 kJ /K
b) Para determinar la generación de entropía total durante este proceso, se
considera el sistema extendido, el cual incluye al agua, al dispositivo de cilindro-émbolo
y a la región externa inmediata del sistema que experimenta un
cambio de temperatura, de manera que toda la frontera del sistema extendido
se encuentre a la temperatura de los alrededores: 25 °C. El balance de entropía
para este sistema extendido (sistema alrededores inmediatos) se obtiene de
S entrada S salida S gen ¢ S sistema
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Transferencia neta de
entropía por calor y masa
Generación
de entropía
Cambio
de entropía
Q salida
T b
S gen ¢ S sistema
o
S gen Q salida
T b
¢ S sistema
600 kJ
125 273 2 K 1 1.61 kJ >K 2 0.40 kJ /K
En este caso, la generación de entropía se debe totalmente a la transferencia
de calor irreversible a través de una diferencia finita de temperatura.
Observe que el cambio de entropía de este sistema extendido es equivalente
al cambio de entropía del agua, ya que tanto el dispositivo de cilindro-émbolo
como los alrededores inmediatos no experimentan cambio de estado en cualquier
punto, por lo tanto ningún cambio en sus propiedades, incluyendo la entropía.
Comentario Como hipótesis, considere el proceso inverso (es decir, la transferencia
de 600 kJ de calor del aire circundante a 25 °C hacia el agua saturada
a 100 °C) y vea si el principio de incremento de entropía puede detectar la
imposibilidad de este proceso. Esta vez, la transferencia de calor será hacia
agua (ganancia de calor en lugar de pérdida de calor), por lo que el cambio
de entropía de ésta será 1.61 kJ/K. También, la transferencia de entropía
a través de la frontera del sistema extendido tendrá la misma magnitud pero
dirección opuesta. Todo esto producirá una generación de entropía de 0.4
kJ/K. El signo negativo para la generación de entropía indica que el proceso
inverso es imposible.
Como complemento a la explicación, suponga otro escenario en el que la
temperatura del aire circundante es una cantidad diferencial inferior a 100 °C
(digamos 99.999 . . . 9 C) en lugar de 25 °C. Esta vez, la transferencia de
calor desde el agua saturada hacia el aire circundante ocurrirá a través del
diferencial de temperatura que convierte en reversible este proceso. Es posible
demostrar que S gen 0 para este proceso.
Recuerde que los procesos reversibles son procesos idealizados y pueden
aproximarse pero nunca alcanzarse en la realidad.
Generación de entropía asociada con un proceso
de transferencia de calor
En el ejemplo 7-21 se determinó que 0.4 kJ/K de entropía se genera durante el
proceso de transferencia de calor, pero no está claro dónde exactamente tiene
lugar la generación de entropía, y cómo. Para localizar con precisión el sitio
donde ocurre la generación de entropía es necesario precisar la descripción del
sistema, así como sus alrededores y frontera.