Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ENTROPÍA
S ent
Masa
Calor
Sistema
S sistema
S gen 0
S sal
Masa
Calor
FIGURA 7-61
Mecanismos de transferencia de entropía
para un sistema general.
Generación de entropía, S gen
Las irreversibilidades como la fricción, el mezclado, las reacciones químicas,
la transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita, la
expansión libre, y la compresión o expansión sin cuasiequilibrio, siempre ocasionan
que la entropía de un sistema aumente, por lo tanto la generación de
entropía es una medida de entropía creada por tales efectos durante un proceso.
Para un proceso reversible (un proceso que no involucra irreversibilidades)
la generación de entropía es cero y por lo tanto el cambio de entropía de un
sistema es igual a la transferencia de entropía. Por consiguiente, la relación
de balance de entropía para el caso reversible se vuelve análoga a la relación de
balance de energía la cual establece que el cambio de energía de un sistema
durante un proceso es igual a la transferencia de energía durante ese proceso.
Sin embargo, observe que el cambio de energía de un sistema es igual a la transferencia
de energía para cualquier proceso, pero el cambio de entropía de un
sistema es igual a la transferencia de entropía sólo para un proceso reversible.
La transferencia de entropía por calor Q/T es cero para los sistemas adiabáticos
y la transferencia de entropía por masa ms es cero para sistemas que
no involucran el flujo másico a través de su frontera (es decir, sistemas cerrados).
El balance de entropía para cualquier sistema que experimenta cualquier
proceso puede expresarse más explícitamente como
S entrada S salida S gen ¢S sistema 1kJ>K2 (7-76)
123
Transferencia neta de
entropía por calor y masa
o, en forma de tasa, como
123
Generación
de entropía
123
Cambio
de entropía
S # entrada S # salida S # 123
gen dS sistema >dt 1kW>K 2 (7-77)
123 123
Tasa de transferencia
neta de entropía por
calor y masa
Tasa de
generación
de entropía
Tasa de
cambio
de entropía
donde las tasas de transferencia de entropía por calor transferido a una tasa
de Q . y una masa que fluye a una tasa de m . son S . calor Q . /T y S . masa m . s. El
balance de entropía también puede expresarse por unidad de masa, como
Alrededores
inmediatos
Sistema
Q
T alr
FIGURA 7-62
La generación de entropía fuera de las
fronteras del sistema puede considerarse
al escribir un balance de entropía en un
sistema extendido que incluya el sistema
y a sus alrededores inmediatos.
1s entrada s salida 2 s gen ¢ s sistema 1kJ >kg # K 2 (7-78)
donde todas las cantidades se expresan por unidad de masa del sistema. Para
un proceso reversible, el término de generación de entropía S gen desaparece en
todas las relaciones anteriores.
El término S gen únicamente representa la generación de entropía dentro de las
fronteras del sistema (Fig. 7-61), y no la generación de entropía que durante el
proceso puede ocurrir fuera de éstas como resultado de irreversibilidades externas.
Por consiguiente, un proceso en el que S gen 0 es internamente reversible,
pero no necesariamente será totalmente reversible. La entropía total generada
durante un proceso puede determinarse aplicando el balance de entropía
a un sistema extendido que incluye el sistema mismo y sus alrededores inmediatos,
donde podrían estar sucediendo irreversibilidades externas (Fig. 7-62).
El cambio de entropía en este caso es igual a la suma del cambio de entropía
del sistema y el de los alrededores inmediatos. Observe que bajo condiciones
estacionarias, el estado y por lo tanto la entropía de los alrededores inmediatos
(llamémosla “zona de amortiguamiento”) en cualquier punto no cambia durante
el proceso, y que el cambio de entropía de esta zona es cero. De existir algún
cambio en dicha zona, normalmente será pequeña en relación con el cambio de
entropía del sistema y por lo tanto resulta insignificante.