entropia-termo

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

TERMODINAMICA II

ING.MECANICA AUTOMOTRIZ

TERMODINAMICA I

TEMA:

ENTROPIA

INTEGRANTES:

LOPEZ SARANGO LUIS

MOLINA REGALADO ANDRES

PEREZ LLANOS PABLO

TENENPAGUAY TENEZACA LUIS

6TO CICLO

MAYO 04 DEL 2015

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALECIANA


1. TEMA

La entropía, propiedades y aplicaciones.

2. OBJETIVOS.

2.1. GENERAL

Realizar un análisis de la entropía aplicando la segunda ley de la termodinámica a los procesos, para aplicarlos en los diferentes sistemas.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Establecer el principio de incremento de entropía.

Calcular los cambios de entropía que tienen lugar durante los procesos para las sustancias puras, las incomprensibles y los gases ideales.

Desarrollar las eficiencias isentrópicas para varios dispositivos de flujo continuo.

3. MARCO TEORICO

ENTROPIA

La entropía puede considerarse como una medida de lo próximo o no que se halla un sistema al equilibrio; también puede considerarse como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema. La segunda ley afirma que la entropía, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La naturaleza parece pues "preferir" el desorden y el caos. Puede demostrarse que el segundo principio implica que, si no se realiza trabajo, es imposible transferir calor desde una región de temperatura más baja a una región de temperatura más alta.

Entropía: Es una función del estado del sistema, ya que tiene un valor único para cada estado, independiente de cómo el sistema llego a dicho estado.

ΔS = ΔQ/T

La entropía es una propiedad intrínseca del S T D relacionada fundamentalmente con parámetros mensurables que la caracterizan.

dS = dQ/T

dS: entropía del S T D. dQ: intercambio de energía térmica entre el medio y el S T D.

T: temperatura a la que se registra el intercambio de energía térmica entre el medio y el S T D.

La expresión permite el cálculo de variaciones pero no el conocimiento de valores absolutos.

TERMODINAMICA II


La variación entrópica en cualquier S T D y su ambiente considerado conjuntamente es positiva, tendiendo a cero en los procesos reversibles.

ΔS Total Δ0 (proceso irreversible)

ΔS = 0 (proceso reversible)

Una maquina térmica irreversible (es, decir real), es menos eficaz que otra reversible que opera entre los mismos dos depósitos de energía térmica.

Este concepto se expresa como:

∮ Q·δT≤0

Cabe recalcar que esta desigualdad es válida durante todos los ciclos, tanto reversibles como irreversibles.

CAMBIO DE ENTROPIA DE SUSTANCIAS PURAS

La entropía es una propiedad, por lo tanto el valor de la entropía de un sistema se establece una vez fijado el estado de este las dos propiedades independientes intensivas fijan el estado de un sistema comprensible simple así como los valores de la entropía y las otras propiedades en ese estado, es posible expresar en términos de otras propiedades el cambio de la entropía de una sustancia.

Características:

La entropía es una propiedad, por lo tanto al fijar el estado del sistema se determina la entropía.

Al especificar dos propiedades intensivas se fija un estado. La entropía puede expresarse en función de otras propiedades; pero estas

relaciones son muy complicadas y no son prácticas para cálculos. Los valores de la entropía en las tablas de propiedades se dan de acuerdo a

un estado de referencia arbitrario. Los valores de la entropía se vuelven negativos por debajo del valor de

referencia.

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El valor de la entropía en un estado específico se determina de la misma manera que cualquier otra propiedad.

CAMBIO DE ENTROPIA DE GASES IDEALES

Para el cambio de entropia de un gas ideal se obtiene empleando las relaciones de propiedad para los gases ideales.

El cambio de entropía se puede expresar como:

S2−S1=∫1

2

CV prom(T ) dT

T+Rln

v2v1

S2−S1=∫1

2

CPprom(T ) dT

T−Rln

P2P1

CAMBIO DE ENTROPIA DE LIQUIDOS Y SOLIDOS

Los sólidos y los líquidos pueden idealizarse como sustancias incompresibles debido a que sus volúmenes permanecen esencialmente constantes durante un proceso. De este modo, su cambio de entropía se puede expresar en términos del calor específico como sigue:

S2−S1=∫1

2

C (T ) dTT

LA EFICIENCIA ISENTROPICA EN DISPOSITIVOS DE FLUJO ESTABLE

El análisis de dispositivos que trabajan bajo condiciones de flujo estable, como turbinas, compresores y toberas implica examinar el grado de degradación de la energía causada por las irreversibilidades en estos dispositivos. Aunque es inevitable alguna transferencia de calor entre estos dispositivos y sus alrededores, se plantean muchos dispositivos de flujo estable para operar bajo condiciones adiabáticas.

Cuanto más se acerque el proceso real al idealizado, mejor se desempeñará el dispositivo. Es importante disponer de un parámetro que exprese cuantitativamente cuan eficazmente un dispositivo real se aproxima a uno idealizado, este parámetro es la eficiencia isentrópica o adiabática, que es la medida de la desviación de los procesos reales respecto de los idealizados respectivos.

EL BALANCE DE ENTROPIA

Un sistema y sus alrededores pueden ser los dos subsistemas de una sistema aislado, y el cambio de entropía de un sistema aislado durante un proceso es igual a la suma de los cambios de entropía del sistema y su entorno, lo cual recibe el nombre de cambio de entropía total o generación de entropía, Sgen

Sgen=∆S total=∆ Ssistema+∆Sentorno≥0

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La igualdad se cumple para los procesos reversibles y la desigualdad para los irreversibles.

El signo de la desigualdad nos indica que el cambio de entropía de un sistema cerrado durante un proceso irreversible siempre es mayor que la transferencia de entropía, es decir, se genera entropía durante un proceso irreversible. A esta entropía generada se la denomina generación de entropía, Sgen:

S2−S1=∫1

2δQT

+Sgen (Sgen≥0)

4. APLICACIÓN DEL CAMBIO DE ENTROPIA

Como aplicación practica se pretende determinar el de un motor de combustion interna que para nuestro caso seleccionamos el motor de un SUZUKI FORSA GA que posee

un motor G10 de 3 cilindros con una cilindrada total de 993 c m3 .

Los datos previos que podemos obtener son:

Diametro del cilindro=7.4c m .[1]

Carreradel piston=7.7cm .[1]

Torque=76Nm@3600 rpm .[1]

Revoluciones por minutoa anilizar=3600 rpm .[1]

Rc=9.5 .[2]

T amb=24 ° C .[2]

T 1=45 ° C .[2]

T 3=promedio=900 ° C .[3]

T 4=700 ° C .[4]

Calculos previos obtenibles.

V del cilindro=pi∗radi o2∗carreradel piston=π∗r2∗L

V 1=331.16 cm3/cilindro

Rc=V del cilindro

V delamescla aire−combustible comprimida

V de lamescla aire−combustiblecomprimida=V del cilindro

Rc

=331.16cm3

9.5


TERMODINAMICA II


a) Potencia del motor de combustion interna.

P=T ×ω

P=Potencia delmotor de combustioninterna , en KW

T=Par torsor del ciguañal ,en N m

ω=Velosidad angular de giro , enradianes/segund o

P=76Nm×( 3600 revmin×1min60 s

×2πrad1 rev )

P=28.65KW

b) Temperatra de funcionamiento.

T funcinamiento delmotor=entre 85 y95 ° C .[4]

T enel proceso1−2compresion=calculadaenel literal g¿

T enel proceso2−3adiciondecalor=calculadaenel literal g¿

T enel proceso3−4 expansion=calculadaen elliteral g¿

T enel proceso 4−1 rechazodecalor=calculadaenelliteral g¿

c) Calor aportado por el combustible.

Qentradaenel proceso2−3adicionde calor=calculadaen elliteral g¿

d) Calor desechado.

Qsalida enel proceso 4−1 rechazodecalor=calculadaen elliteral g¿

e) Potencia consumida por la bomba de agua.

Pb=Tb×ωb

Pb=Potencia de labomba deagua , en KW

T b=Par torsorde labombadeagua , en N m

ωb=Velosidad angular de giro , enradianes/ segund o

donde por relacion de numero de vueltas y radios se tiene

dc∗rpmc=db∗rpmb

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rpmb=dc∗rpmc

db

Pb=Tb×dc∗rpmc

db

Pb=76Nm×0.06m∗( 3600 revmin

×1min60 s

×2πrad1 rev )

0.16m

Pb=10.74KW

f) Esquipos auxiliares (alternador).

Pa=Ta×ωa

Pa=Potencia del alternador , en K W

T a=Par torsordel alternador ,en N m

ωa=Velosidad angular de giro , enradianes/ segund o

donde por relacion de numero de vueltas y radios se tiene

dc∗rpmc=da∗rpma

rpma=dc∗rpmc

da

Pa=Ta×dc∗rpmc

da

Pa=76Nm×0.06m∗( 3600 revmin

×1min60 s

×2πrad1 rev )

0.08m

Pa=21.48KW

g) Determinacion de la variacion de la entropia

Datos



T 1=45 ° C

T 3=900 ° C

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T 4=700 ° C

C p=1.005KJ

Kg . ⁰ K

C v=0.718KJ

Kg. ⁰ K

Raire=0.2870KJkg° K

@ Tabla A-1

Determinar

∆ s , Qentrada , Qsalida

Supociciones

Proceso isotrópico

Proceso reversible

Aire gas ideal

Esquema

Anaisis

Variacion de la entropia en un proceso cualquiera

T 1=45 ° C→318 ° K

T 2=700 °C→973 ° K

T Prom=T 2+T12

=318+9732

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T Prom=645.5° K

TABLA A2 “ITERPOLACION”

C [email protected] ° K=¿ 0.775

KJKg. ºK

∆ s=C vprome∗ln

T 2T 1

+Raire∗lnV 2V 1

∆ s=0.775∗ln 973318

+0.2870∗ln 39.450

∆ s=0.7983 KJkg°K

s4−¿s1=0.7983

KJkg° K

¿

1-2 COMPRESION S=CTE

V 1=331.16 cm3

r=9.5

r=V 1

V 2

= 5039.4

=1.26

T 1=45 ° C→318 ° K

C p=1.005KJ

Kg . ⁰ K

C v=0.718KJ

Kg. ⁰ K

K=C P

CV

=1,4 r=V 1

V 2

m=ρ .V 1

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m=(1.1993 Kgm3 )(331.16cm3)

m=0.000397 Kgm3

P1V 1=mRaireT1

P1=mRaireT1V 1

P1=(0.000397 Kgm3 )(0.287 KJ

Kg . K )(318K )

(331.16 cm3)( 1m3

100cm3 )P1=110.238KPa

(T2T1 )S=CTE=(V 1

V 2)K−1

(T2T1 )S=CTE=(331.16 cm3

104.57 cm3 )K−1

( T 2318 )=(3.1668 )1.4−1

T 2=(318 ) K (3.1668)0.4

T 2=504.29 ⁰K

2-3 ADICION CALOR

T 2=504.29 ⁰KP2=110.238KPa

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V 2=¿V 3¿

P3V 3T 3

=P2V 2

T 2

P3=P2T 3T2

.V 2

V 3

P3=1542.99 ºK

504.290K(110.238KPa)

P3=337,29KPa

Qent=m(U 3−U 2)

Qent=mCV (T 3−T 2 )

Qent=(0.000397 Kgm3 )(0.718 KJKg . K ) (1542.99−110.24 ) K

Qent=0.408KJ

3-4 EXPANSION S=CTE

T 4=700 ° C→973 ° K

S3=S4

(T 4T 3 )S=CTE=(V 3

V 4)K−1

(T 4T 3 )S=CTE=( 104.57331.16 )

1.4−1

( 973T 3 )=(9.5 )1.4−1

T 3=1542.99 ° K

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4-1 RECHAZO CALOR

T 1=45 ° C→318 ° KT 4=700 ° C→973 ° KP1=74.21KPa

Qsal=m(U 4−U 1)Qsal=mCV (T 4−T1 )

Qsal=(0.000397 Kgm3 )(0.718 KJKg. K ) (973−318 ) K

Qsal=0.187KJ

nter=W neto

Q ent

nter=Qent−Q sal

Qent

nter=0.408KJ−0.186KJ

0.408KJ

nter=0.36

nter≈36%

PME=W neto

V 1−V 2

PME= 0.408KJ−0.186KJ(0.000331m3 )−(0.000105m3 )

PME=980.43KPa

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5. RESULTADOS

∆ s=0.7983 KJkg°K

/ CILINDRO

T enel proceso1−2compresion=45℃ T enel proceso2−3adiciondecalor=231.29℃

T enel proceso3−4 expansion=900℃

T enel proceso 4−1 rechazodecalor=700℃

Qent=0.408KJ

Qsal=0.187KJ

nter≈36%

6. CONCLUSIONES

De todas las propiedades termodinámica la entropía es la mas importante ya que determina procesos termodinámicos 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 se genera por las irreversibilidades como la fricción y la expansión irrestricta como también la transferencia de calor al entorno,

la entropía es simplemente el aumento o disminución de energía en un proceso irreversible que son tan cotidianos en la vida diaria

La entropía puede resumirse como una medida del desorden de un sistema, es decir, una cuantificación de la energía desorganizada o de la reducción de la energía disponible para efectuar trabajo. Asimismo, brinda un parámetro cuantitativo de las irreversibilidades asociadas a un proceso.

La entropía puede considerarse como una medida de lo próximo o no que se halla un sistema al equilibrio; también puede considerarse como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema.

La segunda ley afirma que la entropía, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer

Para el cambio de entropia de un gas ideal se obtiene empleando las relaciones de propiedad para los gases ideales

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Para el cambio de entropía entre sólidos y los líquidos, estos se pueden idealizarse como sustancias incompresibles debido a que sus volúmenes permanecen esencialmente constantes durante un proceso

La entropía puede expresarse en función de otras propiedades; pero estas relaciones son muy complicadas y no son prácticas para cálculos.

Los valores de la entropía en las tablas de propiedades se dan de acuerdo a un estado de referencia arbitrario.

7. REFERENCIAS.

.[1]

http://www.automobile-catalog.com/auta_details1.php

.[2]

PREPARACION Y REPOTENCIACION DEL UN MOTOR DE UN VEHÍCULO SUZUKI FORZA 993CM3 PARA COMPETICION. – TESIS DE GRADO – RIOBAMBA - 2012 - Capitulo IV – TABLA 4.

.[3] https://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090424182001AA1AclDP

.[4] http://www.guioteca.com/mecanica-automotriz/la-temperatura-del-motor-como-funciona-el-sistema/

8. BIBLIOGRAFIA Yunus A. – Michael Boles, Termodinámica SEXTA edición. Robert L. Mott, Mecánica De Fluidos 6^ta Ed., Javier Enríquez Brito, México

2006 http://www.job-stiftung.de/pdf/skripte/Quimica_Fisica/capitulo_3.pdf . http://science.portalhispanos.com/wordpress/termodinamica/segundo-principio-

de-la-termodinamica/ http://www.galeon.com/termoaplicada/ENTROPIA.pdf

TERMODINAMICA II

http://www.galeon.com/termoaplicada/ENTROPIA.pdf

http://science.portalhispanos.com/wordpress/termodinamica/segundo-principio-de-la-termodinamica/

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http://www.job-stiftung.de/pdf/skripte/Quimica_Fisica/capitulo_3.pdf

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