Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 7
Cuando la temperatura T no es constante, la transferencia de entropía
durante un proceso 1-2 puede determinarse por la integración (o por la suma,
si es apropiado)
S calor
2
1
dQ
T Q k
a
(7-72)
T k
donde Q k es la transferencia de calor a través de la frontera a la temperatura
T k en el sitio k.
Cuando dos sistemas están en contacto, la transferencia de entropía del más
caliente es igual a la transferencia de entropía al más frío en el punto de contacto.
Es decir, la entropía no puede crearse o destruirse en la frontera porque
ésta no tiene espesor y no ocupa volumen.
Observe que el trabajo es libre de entropía, por lo tanto no hay transferencia
de entropía por el trabajo. La energía se transfiere por calor y trabajo,
mientras que la entropía sólo se transfiere por calor. Es decir,
Transferencia de entropía por trabajo: S trabajo 0 (7-73)
Generación
de entropía
por fricción
La entropía no se
transfiere con el
trabajo
La primera ley de la termodinámica no distingue entre la transferencia de calor y
trabajo; considera a ambos como iguales. La distinción entre la transferencia de
calor y el trabajo es introducida por la segunda ley: una interacción de energía
que se acompaña por transferencia de entropía es una transferencia de calor,
y una interacción de energía que no se acompaña por transferencia de entropía
es el trabajo. Es decir, no se intercambia entropía durante una interacción
de trabajo entre un sistema y sus alrededores. Así, sólo se intercambia energía
durante la interacción de trabajo considerando que se intercambian energía y
entropía durante la transferencia de calor (Fig. 7-59).
FIGURA 7-59
La entropía no acompaña el trabajo
cuando cruza la frontera del sistema,
pero la entropía puede generarse dentro
del sistema cuando el trabajo se disipa en
una forma menos útil de energía.
2 Flujo másico
La masa contiene tanto entropía como energía, y los contenidos de éstas en
un sistema son proporcionales a la masa. (Cuando la masa de un sistema se
duplica, también lo hacen los contenidos de entropía y energía de ésta.) Tanto
la entropía como la energía son llevadas hacia o desde un sistema por corrientes
de materia, y las tasas de entropía y energía transportadas hacia o desde un
sistema son proporcionales a la tasa de flujo másico. Los sistemas cerrados no
involucran flujo másico, por lo tanto tampoco ningún tipo de transferencia de
entropía por masa. Cuando una masa en una cantidad m entra o sale de un sistema,
la acompaña entropía en una cantidad ms, donde s es la entropía específica
(entropía por unidad de masa que entra o sale) (Fig. 7-60). Es decir,
Transferencia de entropía por transferencia de masa: S masa ms (7-74)
h
s m
Volumen de control
mh
ms
FIGURA 7-60
La masa contiene entropía así como
energía, por lo tanto el flujo másico hacia
o desde el sistema siempre se acompaña
por la transferencia de energía y de
entropía.
Por consiguiente, la entropía de un sistema aumenta por ms cuando la masa en
cantidad m entra y disminuye en la misma cantidad cuando la misma cantidad
de masa en el mismo estado sale del sistema. Cuando las propiedades de la
masa cambian durante el proceso, la transferencia de entropía por flujo de masa
se determina a partir de la integración de
S # masa
A t
srV n dA t y S masa s dm
¢t
S # masa dt (7-75)
donde A t es el área transversal del flujo y V n es la velocidad local normal a
dA t .