Balances de entropía para sistemas abiertos

Eficiencia isentrópica Balances de entropía para sistemas abiertos Panorama Repaso: conceptos clave Ejemplos Eficiencia isentrópica Balances de entropía para sistemas abiertos

Repaso breve...

DSuniverso > 0 Cocneptos clave Tipos de irreversibilidad Irreversibilidad Mecánica Externa Irreversibilidad Mecánica Interna Irreversibilidad Térmica Externa Irreversibilidad Química Principio del incremento de la entropía DSuniverso > 0

Conceptos clave Desigualdad de Clausius Segunda ley Primera ley Enunciado de Kelvin-Planck Wciclo < 0 (almacenamiento único) Enunciado de Clausius Primera ley Sistemas cerrados y abiertos

Conceptos clave Para una transferencia de calor cíclica y arbitraria, hacia y desde un sistema, se puede escribir que

Ejemplos...

Ejemplo 1 Los refrigeradores reversibles e irreversibles WR TH TC I WI R QC QH QH’ QC’ Se ilustra que el trabajo irreversible es mayor que el reversible, si Qc es el mismo para ambos refrigeradores. Los refrigeradores reversibles e irreversibles operan en forma cíclica y estable, como se ilustra enseguida.

Ejemplo 1

Ejemplo 1 Los balances de energía para ambos ciclos dan... QH = WR + QC QH’ = WI + QC Al combinarlos... QH’ = QH + WI - WR Al sustituir en la expresión para producción de entropía

Ejemplo 1 El balance de entropía se convierte en... Para el refrigerador reversible se aplica el corolario de Carnot y se anula el primer término. Así,

Ejemplo 2 Un ciclo de potencia reversible recibe la energía Q1 a T1 y Q2 a T2 desde los almacenamientos calientes, y descarga la energía Q3 a un almacenamiento frío a T3. (a) Obtenga una expresión para la eficiencia térmica en términos de las razones de temperatura T1/T3, T2/T3, y q = Q2/Q1 (b) ¿Qué se puede decir cuando q  0, q  , and T1  ?

Ejemplo 2 T1 T2 T3 Q1 Q2 Q3 W Ciclo de potencia reversible

Wciclo = Q1 + Q2 - Q3 Ejemplo 2 El balance de energía para el ciclo. Balance de entropía para el ciclo.

Ejemplo 2

Ejemplo 2 Como q  0, Como q  ,

Ejemplo 2 Como T1  ,

Procesos isentrópicos para sistemas abiertos...

El proceso isentrópico s = constante A B

Ecuaciones T-dS

Cálculo de la entropía para un gas ideal Para dos estados con la misma entropía específica

Diagrama de estado h-s Proceso isentrópico, s = constante Todos los estados accesibles quedan a la derecha de esta línea. h p1 p2 1 2 s s1 = s2

Eficiencia isentrópica

Eficiencia isentrópica Expansión real, h2 < h2,s h s p2 p1 h2,s h2 h1

Eficiencia isentrópica h s p1 p2 s1 = s2 h1 h2 h2,s

Balances de entropía para sistemas abiertos...

Balance de entropía para un sistema abierto Para la entropía, una propiedad, se puede escribir un balance para un volumen de control como Tasa de cambio de entropía en el VC. Transferencia de entropía en la frontera Tasa de producción de entropía

Balance de entropía para sistemas abiertos La entropía no se conserva, pero el balance se escribe como si se conservara. El término para la producción formalmente interviene en el incremento de la entropía que se debe a la irreversibilidad. El término para la producción nunca puede ser negativo, sólo en el caso de un sistema cerrado.

Términos y conceptos clave Eficiencia isentrópica Entropía Balance: sistema cerrado Balance de entropía: sistema abierto