Eficiencia , Entropía ,Entalpia

Eficiencia
EFICIENCIA: Relación porcentual que determina la cantidad de calor que se convierte en trabajo. Representada con la letra (e) minúscula y sus ecuaciones son e=w/Qe (trabajo efectuado en relación con la energía que entra) = Qe-Qs/Qe= 1-Qs/Qe representando así Qs= calor de salida y Qe= calor de entrada.

http://www.youtube.com/watch?v=YV2xY3KzKuA

Entropia

En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos. La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o transformación. Fue Rudolf Clausiusquien le dio nombre y la desarrolló durante la década de 1850;y Ludwig Boltzmann, quien encontró la manera de expresar matemáticamente este concepto, desde el punto de vista de la probabilidad.

Esta idea de desorden termodinámico fue plasmada mediante una función ideada por Rudolf Clausius a partir de un proceso cíclico reversible. En todo proceso reversible la integral curvilínea de \frac{\delta Q}{T} sólo depende de los estados inicial y final, con independencia del camino seguido (δQ es la cantidad de calor absorbida en el proceso en cuestión y T es la temperatura absoluta). Por tanto, ha de existir una función del estado del sistema, S=f(P,V,T), denominada entropía, cuya variación en un proceso reversible entre los estados 1 y 2 es:

 \Delta S = S_2 - S_1 = \int_1^2 \frac {\delta Q} {T}

Téngase en cuenta que, como el calor no es una función de estado, se usa δQ, en lugar de dQ.

La entropía física, en su forma clásica, está definida por la ecuación siguiente:

dS = \frac{\delta Q}{T}

o, más simplemente, cuando no se produce variación de temperatura (proceso isotérmico):

S_2 - S_1 = \begin{matrix} \cfrac{Q_{1 \to 2}}{T} \end{matrix}

donde S es la entropía, Q_{1 \to 2} la cantidad de calor intercambiado entre el sistema y el entorno y T la temperatura absoluta en kelvin.

Unidades: S=[kcal/K]

Los números 1 y 2 se refieren a los estados iniciales y finales de un sistema termodinámico.
Entropía y reversibilidad

La entropía global del sistema es la entropía del sistema considerado más la entropía de los alrededores. También se puede decir que la variación de entropía del universo, para un proceso dado, es igual a su variación en el sistema más la de los alrededores:

\Delta S_{\rm universo} = \Delta S_{\rm sistema} + \Delta S_{\rm entorno} \,

Si se trata de un proceso reversible, ΔS (universo) es cero pues el calor que el sistema absorbe o desprende es igual al trabajo realizado. Pero esto es una situación ideal, ya que para que esto ocurra los procesos han de ser extraordinariamente lentos, y esta circunstancia no se da en la naturaleza. Por ejemplo, en la expansión isotérmica (proceso isotérmico) de un gas, considerando el proceso como reversible, todo el calor absorbido del medio se transforma en trabajo y Q= -W. Pero en la práctica real el trabajo es menor, ya que hay pérdidas por rozamientos, por lo tanto, los procesos son irreversibles.

Para llevar al sistema, de nuevo, a su estado original hay que aplicarle un trabajo mayor que el producido por el gas, lo que da como resultado una transferencia de calor hacia el entorno, con un aumento de la entropía global.

Como los procesos reales son siempre irreversibles, siempre aumentará la entropía. Así como “la energía no puede crearse ni destruirse”, la entropía puede crearse pero no destruirse. Podemos decir entonces que “como el Universo es un sistema aislado, su entropía crece constantemente con el tiempo”. Esto marca un sentido a la evolución del mundo físico, que llamamos principio de evolución.

Cuando la entropía sea máxima en el Universo, esto es, exista un equilibrio entre todas las temperaturas y presiones, llegará la muerte térmica del Universo (enunciado por Clausius).

En el caso de sistemas cuyas dimensiones sean comparables a las dimensiones de las moléculas, la diferencia entre calor y trabajo desaparece, y por tanto, los parámetros termodinámicos como la entropía, temperatura, etc. no tienen significado. Esto conduce a la afirmación de que el segundo principio de la termodinámica no es aplicable a tales microsistemas, porque realmente no son sistemas termodinámicos. Se cree que existe también un límite superior de aplicación del segundo principio, de tal modo que no se puede afirmar su cumplimiento en sistemas infinitos como el Universo, lo que pone en controversia la afirmación de Clausius sobre la muerte térmica del Universo.
Entalpia:

Entalpía (del griego ἐνθάλπω [enthálpō], ‘agregar calor’; formado por ἐν [en], ‘en’ y θάλπω [thálpō], ‘calentar’) es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.

En la historia de la termodinámica se han utilizado distintos términos para denotar lo que hoy conocemos como entalpía de un sistema. Originalmente se pensó que la palabra «entalpía» fue creada por Émile Clapeyron y Rudolf Clausius a través de la publicación de la relación de Clausius-Clapeyron en The Mollier Steam Tables and Diagrams de 1827, pero el primero que definió y utilizó el término entalpía fue el holandés Heike Kamerlingh Onnes, a principios del siglo XX.

En palabras más concretas, es una función de estado de la termodinámica donde la variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación isobárica (es decir, a presión constante) en un sistema termodinámico (teniendo en cuenta que todo objeto conocido puede ser entendido como un sistema termodinámico), transformación en el curso de la cual se puede recibir o aportar energía (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). En este sentido la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestión.

Usualmente la entalpía se mide, dentro del Sistema Internacional de Unidades, en joules.

El caso más típico de entalpía es la llamada entalpía termodinámica. De ésta, cabe distinguir la función de Gibbs, que se corresponde con la entalpía libre, mientras que la entalpía molar es aquella que representa un mol de la sustancia constituyente del sistema.
Derivación

El principio de estado establece que la ecuación fundamental de un sistema termodinámico puede expresarse, en su representación energética, como:

 U = U(S,V,\{N_i\})\,

donde S es la entropía, V el volumen y N_i la composición química del sistema.

Para aquellos casos en los que se desee, sin perder información sobre el sistema, expresar la ecuación fundamental en términos de la entropía, la composición y la presión en vez del volumen, se aplica la siguiente transformada de Legendre a la ecuación fundamental:

 U(S,P,\{N_i\}) = U(S,V,\{N_i\}) - V \left(\frac{\partial U}{\partial V}\right)_{S,\{N_i\}} = H(S,P,\{N_i\})\,

y como

 P =\, -\left( \frac{\partial U}{\partial V}\right)_{S,\{N_i\}}\,

es la presión del sistema, se define la entalpía como:

H = U + P V \,\!

El segundo principio de la termodinámica, que afirma que todo estado de equilibrio es un estado de entropía máxima, se convierte en el principio de mínima energía en la representación energética del sistema. Ese principio se traslada a la representación entálpica invariable: el sistema alcanzará el estado de equilibrio cuando, para una presión dada, los parámetros termodinámicos varíen de tal forma que la entalpía del sistema sea la mínima posible.

Sea un sistema que se deja evolucionar a presión constante sin variar su composición. Diferenciando la entalpía:

dH=dU+PdV+VdP \,

y como

dU=TdS-PdV+\sum_{i=1}^r \mu_i dN_i \,

se tiene que:

dH=TdS-PdV+\sum_{i=1}^r \mu_i dN_i +PdV+VdP \,

Ahora bien, si la transformación es a presión constante (dP=0) y la composición no varía (dN=0), se tiene:

dH=TdS\,

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