Entropía

Una vez visto y entendido el significado de la primera ley nos damos cuenta que por si sola no indica la posibilidad o imposibilidad de un proceso, es decir, el que se cumpla en condición necesaria mal no suficiente. Por tal razón surge la llamada “segunda Ley de la termodinámica” ya que podemos encontrar muchísimos ejemplos de la vida diaria en los cuales cumple la primera Ley pero son procesos imposibles porque no podemos eliminar irreversibilidades como la fricción, las perdidas de calor al ambiente, el desgaste de los materiales , entre otros.

Las irreversibilidades en un proceso me generan entropía la cual se define como el grado de desorden de las moléculas, por lo que es mayor en los gases que en los líquidos mientras que la entropía de los líquidos es mayor que la de los sólidos. Esto tiene su significado físico porque si subimos la temperatura por ejemplo de un gas, aumentará la energía cinética de las moléculas, habrá más movimiento y aumenta las posibilidades de ocupar más sitios de tal manera que la entropía crece al igual que la energía interna y la entalpía, y estas tres propiedades se pueden expresar en términos de calor especifico debido a que este permanece constante durante todos los procesos al cual pueda ser sometido un sólido o un liquido.

Entropía en sustancias puras

La entropía es una propiedad termodinámica fundamental aunque es medible como la presión, temperatura o volumen, pueden calcularse a través de una integral independiente de la trayectoria usando un camino reversible. Es importante aclarar que solo estamos en la capacidad de calcular cambios de entropía y no su valor absoluto por lo general se toma arbitrariamente un estado de referencia de entropía igual a cero cuando la energía interna se toma como cero.

su unidad es energía entre masa en la tablas termodinámicas del vapor, refrigerante y amoniaco es (Kj/Kg *K) estos valores se toman con un estado de referencia arbitrario ya que a una temperatura muy cercana al cero se le asigna un valor a la entropía de cero en el caso del vapor y en los refrigerantes a T = -40C° la S = 0 y en saturación por ser una propiedad extensiva tal cual como el volumen, energía interna y entalpía tenemos que:

S = Sf + X(Sg -Sf)

Al igual que en las otras propiedades la entropía esta tabulada y puede utilizarse en gráficos y diagramas. Uno de los diagramas termodinámicos mas utilizados en la ingeniería es el diagrama T - S, el cual es un diagrama lineal por lo que arroja información precisa.

De este diagrama podemos ver los procesos isotérmicos son líneas horizontales mientras que las verticales son procesos adiabáticos y además isoentrópico ( Entropía Ctte) ya que dQ = 0 y por tanto d S = 0. por otra parte, el área bajo la curva de dicho diagrama representa el calor transferido. Si el ciclo se recorre en forma horaria, el calor será positivo, de lo contrario el calor saldrá del sistema y tendrá signo negativo. al analizar esto podemos concluir que para procesos netamente reversible el calor transferido se determina mediante el área bajo la curva del proceso. Estos diagramas nos servirán como punto de referencia para comparar un sistema ideal ( reversible) con uno real lo cual nos puede servir como base para definir la eficiencia de una maquina térmica.

Otra de las cosas que se deben tomar en cuenta con respecto a los diagramas es que en un sistema reversible los diagramas T-S el trabajo es igual a y el trabajo a pero en un sistema irreversible ni el trabajo ni el calor se ven representados por el área bajo la curva ya que en un sistema con irreversibilidades no se puede determinar con exactitud en que estado se encuentra esto por que en un ciclo irreversible los proceso nunca resultan iguales

El calcular la entropía nos sirve como una medida cuantitativa para determinar la posibilidad o imposibilidad de realizar un trabajo, ya que para un sistema cerrado adiabático ( Q = 0), el cambio de entropía debe ser mayor o igual que cero, entonces la manera de calcularla ante cualquier sistema cerrado es:

∂S= ∂Q/T + σ

Donde D representa las irreversibilidades dentro del sistema como vemos esta ecuación difiere de la ecuación 1.1 en el termino de irreversibilidad y este es así por que para procesos reversibles su valor es cero y para procesos irreversibles su valor es mayor que cero.

Es importante aclarar que las irreversibilidades son difícil de contabilizar y la manera de calcularlas es partiendo de la expresión anterior

Generación de Entropía

Con respecto a los sistemas reversible la generación de entropía es igual a 0 caso contrario de los sistemas irreversibles que gracias a estas irreversibilidades hay una generación de entropía > 0 lo cual también se puede lograr mediante la transferencia de calor desde y hacia el sistema lo que hara que aumente o disminuya según sea el caso. la presencia de irreversibilidades hará que el trabajo sea menor que el trabajo reversible esto significa que al momento de una expansión se producirá menos trabajo y que al momento de una compresión se introducirá mas trabajo a la masa de control.

Principio del incremento de entropía

Este principio estudia el efecto de la transferencia de calor en el entorno en el cambio de estado así como de la masa de control el mejor ejemplo que se puede tomar es cuando desde el entorno que esta a una temperatura transfiere calor a la masa de control y esta a su vez produce un trabajo si la temperatura del entorno es mayor que la de la masa de control la transferencia será positiva pero si al contrario la temperatura de la masa es mayor que la del entorno la transferencia de calor será negativa.

Este principio lo que presenta es los únicos procesos que se podrían realizar son aquellos donde hay un incremento de la entropía por el cambio neto positivo de la masa de control y el entorno y determina que este proceso no podría llevarse a la inversa por que la entropía siempre se mantendrá en expansión.

Con respecto a la eficiencia en la segunda ley estaba determinada por la energía que se busca entre la energía que cuesta o sea:

ðTérmica = W (Energía que se busca) = Qh - Ql = 1 - Ql

Qh (Energía que cuesta) Qh Qh

Para la entropía este termino se utiliza para el diseño de dispositivos como una turbina donde se toma el comportamiento real de la turbina la cual no es adiabática del todo ya que hay una transferencia de calor hacia el entorno y de donde obtendremos un trabajo real (WR) y lo dividimos entre el trabajo producido por una turbina ideal o sea adiabática reversible (Wi ) así:

ðTurbina = WR

Wi

Conclusión

De todas las propiedades termodinámica la entropía es la mas importante ya que determina uno de los procesos termodinámicos mas importantes, ya que es punto de partida para el diseño de dispositivos que manejan procesos termodinámicos como las maquinas térmicas partiendo de la eficiencia de una maquina ideal y acercando estos diseños al deber ser de un equipo térmico. La entropía tiene una particularidad que es que se genera por las irreversibilidades como la fricción y la expansión irrestricta como también la transferencia de calor al entorno, pero digamos mas bien que la entropía es simplemente el aumento o disminución de energía en un proceso irreversible que son tan cotidianos en la vida diaria.

Introduccion

El termino entropía fue introducido por la segunda ley como un cambio de energía que a su vez es el principio de la primera ley lo que no tomamos en cuenta es que la entropía es parte de nuestra cotidianidad como el ambiente que enfría una taza de café, pero aplicado a la ingeniería los estudio se hacen por medio el aumento o disminución de la entropía, como sucede en un compresor donde se le aplica un trabajo a un liquido de trabajo y este aumenta su entropía, como también se encuentra el caso de una turbina que es el ejemplo mas común cuando se quiere hablar de un proceso adiabático reversible que es la base del estudio de esta propiedad y sus características.

ENTROPIA

CARACAS, 30 DE JULIO DE 2004

Bibliografía

WYLEN V. “Fundamentos de termodinámica”. Editorial Limusa S.A. México. 2002.