Entropía Parte 3 - Clase 18 Termodinámica
Summary
TLDREste vídeo educativo, presentado por De Hábitat Natural hacia Sánchez, se enfoca en conceptos de termodinámica, particularmente la entropía. Explora temas como el trabajo reversible, flujo estacionario y eficiencia en dispositivos de flujo estacional. Define la entropía como medida del desorden molecular y cómo los procesos reversibles son ideales con máxima eficiencia. Aborda el trabajo de frontera móvil, su cálculo a través de la presión y volumen, y su relevancia en sistemas cerrados. También discute la eficiencia en compresores y turbinas, comparando procesos reales con ideales para minimizar irreversibilidad y mejorar rendimiento. Finalmente, introduce la eficiencia isentrópica y su aplicación en bombas y compresores, destacando la importancia del volumen específico y temperatura en la eficiencia del trabajo.
Takeaways
- 🔍 La entropía es una propiedad que mide el desorden molecular del sistema y aumenta con los procesos irreversibles.
- 🔧 Los procesos reversibles son ideales teóricos que se pueden revertir sin dejar rastro, y son útiles como referencia para la eficiencia máxima.
- 🛠️ El trabajo de frontera móvil se refiere al desplazamiento del émbolo en un cilindro, y se relaciona con la presión y el volumen.
- 📚 La primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos se expresa en términos diferenciales, relacionando calor, trabajo y cambios en la energía.
- ⚙️ En dispositivos de flujo estacionario como compresores y turbinas, el trabajo se puede expresar en función de las propiedades del fluido.
- 💡 Los cambios de energía cinética y potencial son a menudo despreciables,简化了热力学分析,使得工作方程更易于处理。
- 🌡️ La eficiencia en dispositivos de flujo estacionario se mide en relación con los procesos idealizados y centros picos, que representan la eficiencia máxima.
- 💦 Para minimizar el trabajo en un compresor, se busca reducir las irreversibilidades como la fricción y mantener un volumen específico lo más pequeño posible.
- 🧊 Enfriar los compresores puede reducir el volumen específico del gas, lo que a su vez reduce el trabajo necesario para la compresión.
- 📉 En bombas y compresores, la eficiencia isotérmica compara el trabajo real con el trabajo teórico en un proceso a temperatura constante.
Q & A
¿Qué es la entropía y cómo se relaciona con el desorden molecular del sistema?
-La entropía es una propiedad que mide el desorden molecular dentro de un sistema, similar a la temperatura o la presión. Se caracteriza por no ser una cantidad conservada sino que tiende a aumentar a medida que el sistema evoluciona.
¿Qué son los procesos reversibles y por qué son importantes en la termodinámica?
-Los procesos reversibles son ideales que se pueden revertir sin dejar rastro en el entorno. Son importantes porque representan el límite superior de eficiencia que se puede alcanzar en un proceso real, sirviendo como punto de referencia para evaluar la eficiencia de procesos reales irreversibles.
¿Qué es el trabajo de frontera móvil y cómo se calcula en sistemas cerrados?
-El trabajo de frontera móvil se refiere al trabajo realizado cuando un fluido en un cilindro hace que el émbolo se mueva. En sistemas cerrados, se calcula como la integral de la presión por el diferencial de volumen, es decir, W = ∫P dV.
Explicar la relación entre el trabajo y el volumen específico en dispositivos de flujo estacionario.
-En dispositivos de flujo estacionario, existe una relación directa entre el trabajo y el volumen específico. Un gran volumen específico implica un gran trabajo, mientras que un volumen específico pequeño resulta en un trabajo menor.
¿Cómo se puede minimizar el trabajo en un compresor y por qué es útil hacerlo?
-Para minimizar el trabajo en un compresor, se pueden reducir las irreversibilidades como la fricción y mantener un volumen específico lo más pequeño posible. Esto es útil porque, según la ecuación del trabajo como la integral del volumen específico por el diferencial de presión, un menor volumen específico reduce el trabajo necesario.
¿Qué es la eficiencia y centro pico y cómo se mide en dispositivos de flujo estacionario?
-La eficiencia y centro pico es una medida de la desviación de los procesos reales con respecto a los idealizados. Se calcula como la relación entre el trabajo real y el trabajo teórico que se produciría si el proceso fuese reversible y adiabático.
¿Cuál es la diferencia entre la eficiencia y centro pico y la eficiencia isotérmica en compresores y bombas?
-La eficiencia y centro pico compara el trabajo real con el teórico en un proceso adiabático, mientras que la eficiencia isotérmica compara el trabajo real con el teórico en un proceso a temperatura constante. La eficiencia isotérmica es más aplicable cuando hay una buena transferencia de calor.
¿Cómo se relaciona la eficiencia de una turbina con el trabajo real y el teórico en un proceso y centro pico?
-La eficiencia de una turbina se mide como la relación entre el trabajo real producido y el trabajo teórico máximo que se produciría en un proceso y centro pico, donde la entropía permanece constante y se produce el máximo trabajo.
¿Qué es la ecuación de Bernoulli para el flujo en tuberías y cómo se aplica?
-La ecuación de Bernoulli para el flujo en tuberías relaciona la energía cinética, la energía potencial y la energía de presión en un fluido en movimiento. Se utiliza para analizar y predecir el comportamiento del fluido a lo largo de la tubería, teniendo en cuenta que los cambios de energía cinética y potencial son despreciables en muchos casos.
¿Cómo se minimiza el trabajo en un proceso irreversible y por qué es esencial?
-Para minimizar el trabajo en un proceso irreversible, se reducen las irreversibilidades como la pérdida de energía debido a la fricción y se optimiza el diseño del sistema. Esto es esencial porque aumenta la eficiencia del proceso, reduciendo los recursos energéticos necesarios y mejorando el rendimiento general del sistema.
Outlines
🔬 Introducción a la Entropía y Conceptos de Termodinámica
Este primer párrafo introduce el tema del vídeo, que es la termodinámica, con enfoque en la entropía. Se menciona que la entropía es una propiedad del sistema, similar a la temperatura o la presión, que mide el desorden molecular. Se explica que los procesos reversibles son ideales y no reales, pero son útiles para entender el límite superior de eficiencia en procesos reales. También se discute el trabajo de frontera móvil, que es el trabajo realizado por un fluido en un cilindro cuando el émbolo se mueve, y cómo se relaciona con la presión y el volumen. Finalmente, se introduce la primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados y la relación entre calor, trabajo y cambios en la energía interna.
🛠 Eficiencia y Conceptos de Trabajo en Dispositivos de Flujo Estacionario
El segundo párrafo se centra en la eficiencia y el trabajo en dispositivos de flujo estacionario como compresores y turbinas. Se discute cómo los procesos irreversibles son menos eficientes y cómo minimizar las irreversibilidades, como la fricción, puede mejorar la eficiencia. Se menciona la importancia de mantener un volumen específico lo más pequeño posible para reducir el trabajo en compresores, y se sugiere enfriar el gas para lograr esto. Además, se define la eficiencia y centro pica (isentrópica) y se explica cómo se calcula en relación con el trabajo real y el trabajo teórico en procesos reversibles. Se presentan ecuaciones para calcular la eficiencia y se discuten las diferencias entre compresores y bombas en términos de trabajo y eficiencia.
🚀 Aplicaciones de la Eficiencia y Conceptos de Trabajo en Aceleradoras
El tercer párrafo explora la eficiencia y el trabajo en aceleradoras, que son dispositivos que transforman la energía de flujo en energía cinética. Se define la eficiencia isentrópica en este contexto y se compara la energía cinética real con la teórica en un proceso isentrópico. Se utilizan diagramas entalpía-entropía para ilustrar la diferencia entre procesos reales y isentrópicos. Se discute la importancia de la energía cinética y cómo se relaciona con el trabajo en aceleradoras. Finalmente, se ofrece una referencia para más información y se invita a los espectadores a explorar más sobre la entropía en futuras clases.
Mindmap
Keywords
💡Entropía
💡Procesos reversibles
💡Trabajo de frontera móvil
💡Eficiencia
💡Flujo estacionario
💡Trabajo en dispositivos de flujo estacionario
💡Irreversibilidad
💡Eficiencia isentrópica
💡Eficiencia adiabática
💡Turbinas y compresores
Highlights
Introducción a la entropía como propiedad que mide el desorden molecular del sistema.
Explicación de los procesos reversibles y su relación con la eficiencia máxima.
Definición de trabajo de frontera móvil y su aplicación en dispositivos de flujo estacional.
Ecuación diferencial de la primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos estacionarios.
Relación entre el trabajo y las propiedades del fluido en dispositivos de flujo estacionario.
Importancia del volumen específico en la eficiencia de los dispositivos de flujo estacionario.
Análisis de la eficiencia en compresores y bombas comparando el trabajo real con el idealizado.
Método para minimizar el trabajo de un compresor mediante la reducción de irreversibilidades.
Estrategia para enfriar compresores para reducir su volumen específico y, por tanto, su trabajo.
Definición de eficiencia y centro pico en dispositivos de flujo estacionario.
Comparación entre el trabajo real y el idealizado en turbinas y bombas.
Ecuación para calcular la eficiencia y centro pico en compresores y bombas.
Importancia de la energía cinética en la eficiencia de las toberas aceleradoras.
Definición de eficiencia isentrópica y su aplicación en toberas aceleradoras.
Visualización de procesos isentrópicos y reales en diagramas entalpía-entropía.
Conclusión sobre la importancia de la eficiencia en dispositivos de flujo estacionario.
Transcripts
[Música]
hola que tal amigos bienvenidos a este
nuevo vídeo de termodinámica la tercera
parte de la clase sobre la entropía en
mi nombre es de hábitat natural hacia
sánchez espero que les sirva mucho este
vídeo aquí podemos observar el contenido
iniciaremos con una introducción pequeña
luego hablaremos del trabajo reversible
el flujo estacionario y de eficiencia y
centro pica en dispositivos de flujo
estacional
recordemos la entropía es una propiedad
y como lo es la temperatura o la presión
pero es técnica el desorden molecular
del sistema es una propiedad que no se
conserva sino que se va creando debido a
las y reversibilidad es también
recordemos que los procesos reversibles
son procesos que se pueden revertir sin
dejar ningún rastro en los alrededores
realmente ningún proceso es reversible
son procesos ideales en la realidad
todos son irreversibles pero sus
cálculos sirven de punto de referencia
para los procesos reales es decir
en los procesos reversibles tienen la
máxima eficiencia entonces trabajar con
ellos nos da un indicativo del límite
superior de la eficiencia que se puede
lograr en un proceso
recordemos también lo que es el trabajo
de frontera móvil cuando tenemos un
dispositivo cilindro en vuelo con un
fluido en su interior
y el émbolo se mueve se expande se
contrae
tenemos que hay un desplazamiento en la
misma dirección de la fuerza que nos ha
causado en este caso la presión por el
área y decimos tenemos un trabajo a ese
trabajo no llamamos trabajo de frontera
móvil y como vimos en la clase de la
primera ley de la termodinámica en
sistemas cerrados lo podemos expresar
como la integral de la presión con el
diferencial de volumen esto es muy útil
porque se expresa el trabajo en función
de propiedades del fluir del mismo modo
cuando trabajamos con dispositivos del
flujo estacionario recordemos ser
compresor la bomba la turbina podemos
expresar el trabajo asociado con ellos
en función de las propiedades del fluido
para ello iniciemos considerando la
primera ley de la termodinámica el
sistemas abiertos estacionarios de
manera diferencial como la venus aquí en
esta ecuación el diferencial de calor
menos el diferencial de trabajo es igual
al diferencial dental pía energía en
energía cinética y energía potencial
de acuerdo a lo que induce en la clase
anterior
en la relación es este de ese tenemos
que temperatura por diferencial de
entropía específicas y wang diferencial
dental piel menos volumen específico
diferencial de presión y el diferencial
de calor si el proceso es reversible
pongamos que el proceso reversible es
igual a la temperatura política esencial
de entropía específicas entonces tenemos
que en diferencial de calor es igual al
diferencial
en tal piel menos volumen específico por
diferencial de presión no vale la pena
mencionar que estamos trabajando todo
por on y además and por eso el calor y
el trabajo están en minúscula porque son
calor podría masa y trabajo con y además
reemplazando esto en la primera ecuación
y simplificando en llegamos a esta
ecuación muy importante con ella
representamos a el trabajo en función
del volumen específico
y la presión bueno también teniendo en
cuenta los cambios de energía cinética
en potencial en muchos casos estos
cambios de energía cinética y potencial
son despreciables y nos quedamos
solamente con este primer término de la
ecuación aquí podemos observar que hay
una relación directa entre
el trabajo y el volumen específico de
modo que si tenemos gran volumen
específico vamos a tener gran trabajo en
dispositivo y si tenemos poco volumen
específico el trabajo va a ser pequeño
son muy importantes y trabajamos
entonces con un líquido cuyo volumen
específico es más pequeño vamos a tener
menos trabajo involucrado en el proceso
si además de eso estamos trabajando con
un frío incomprensible es decir con los
líquidos
el volumen específico saldrá de la
integral y nos quedará la ecuación de
esta manera si en el dispositivo no hay
interacción del trabajo
se desaparece el w nos queda igual a 0 y
la ecuación queda de esta manera
recordando que la energía cinética es
masa por velocidad cuadrado sobre 2 y la
energía potencial pasa por crear por
altura cursa todo por unidad masa queda
de esta manera y esta es una ecuación
muy famosa muy utilizada para analizar
flujo en tuberías que es la ecuación de
bernal y que seguramente ustedes la
trabajarán mucho en su clase de mecánica
el fluir de aquí es de dónde sale
como ya habíamos comentado anteriormente
los procesos irreversibles son menos
eficientes eso es porque las
irreversibilidad es hacen que se gaste
parte de la energía que nosotros
queremos en poder superarlas por eso los
dispositivos de un estacionario entregan
el máximo trabajo y consumen el mínimo
cuando el proceso es reversible es decir
son más eficientes en este caso
entonces aquí puede surgir una pregunta
cómo minimizar el trabajo de un
compresor
podríamos minimizar las irreversibilidad
es decir minimizar la fricción minimizar
todo eso que hace que el proceso sea
irreversible sin embargo esta tiene un
límite es limitado por consideraciones
económicas llega un punto en donde es
demasiado costoso hacer esa reducción de
reversibilidad es entonces también
podemos mantener un volumen específico
lo más pequeño posible de acuerdo a la
ecuación que vimos hace un momento el
trabajo es la integral del volumen
específico por el diferencial de presión
por lo tanto si el volumen específico es
pequeño vamos a tener poco traba en el
compresor y como la idea del compresor
es recibir trabajo para darle energía
flujo cuanto menos trabajo tengamos que
darle mucho mejor y esto es algo más
práctico se mantiene y se logra
manteniendo la temperatura lo más baja
posible cuanto más baja sea la
temperatura menor volumen específico
tendremos
para ello se enfrían los compresores de
una manera común de enfriar el gas de un
compresor
es usar camisas de agua alrededor de la
carcasa de estos dispositivos
pasaremos ahora a hablar de la
eficiencia y centro pica en dispositivos
de flujo estacionario como habíamos
dicho la irreversibilidad es hace que se
degrada el desempeño de los dispositivos
de flujo estacionario y siempre deseable
conocer este grado de gracia en
dispositivos cíclicos como en las
máquinas térmicas no sigamos comparando
los ciclos con los idealizados por
ejemplo con el ciclo de carlos quieremos
lo mismo para dispositivos del flujo
estacionario comparándonos con
dispositivos y centro picos que son los
que tienen la mayor eficiencia para ello
definimos a la eficiencia y centro pica
oa diabética que es la medida de la
desviación de los procesos reales con
respecto a los idealizados
correspondientes es decir sin
reversibilidad es
en una turbina sería la relación entre
el trabajo real que produce la turbina y
el trabajo que produciría si el proceso
entre el estado de entrada y la presión
de salida fuera y centro picos
recordemos que la turbina es un
dispositivo que transforma la energía de
flujo la presión en trabajo cuanto más
trabajo produzca es mejor en el caso y
centro pico va a producir el máximo
trabajo porque es el caso más eficiente
entonces comparamos ese trabajo que se
produce en la realidad con el que se
produciría idealmente en el caso del
centro pico
si despreciamos los cambios energía
cinética y potencial como muchas veces
pasan porque son muy pequeños a partir
de la primera ley nosotros recordamos
que el trabajo es el flujo básico por
inyectar dental pies entonces como el
truco básico siempre es igual podemos
llegar a esta otra ecuación la
eficiencia es en tropical de las
turbinas entonces era el delta dental
piña en el caso real sobre el delta en
también en el caso es en trópico aquí
esa ecuación esos subíndices a
significar real y eso significa y centro
picado en un diagrama en tal pie
entropía nos quedaría más o menos de
esta manera aquí vemos las líneas de
presión constante entre el estado 1 y 2
cuando el proceso del centro pico
tendremos una línea recta porque la
entropía permanece constante y en el
caso real ya vendría de esta manera como
el delta de h es un indicativo del
trabajo vemos aquí que el trabajo real
es menor que el hizo un trópico
en compresores y bombas tenemos también
la relación de trabajos pero en este
caso los compresores y momentos que son
dispositivos a los cuales le damos
trabajo para transformar ese trabajo en
energía flujo es decir le damos energía
flujo por medio de energía mecánica o de
trabajo
es una comparación ahora entre el
trabajo y centro pico en el numerador y
el real en el denominador porque
tendremos que darle menos trabajo en el
caso del centro pico cuanto menos
trabajo le demos a compensar una forma
mucho mejor
del mismo modo que lo hacíamos con las
turbinas a partir de la primera ley de
la termodinámica sistemas abiertos
llegamos a que el trabajo es flujo más
seco por el delta en tal días entonces
la eficiencia y centro pica en
compresores y bombas lo empleado por
esta ecuación
el delta de en tal días en el caso y
centro pico sobre el del 30 pies en el
caso real
en el caso de las bombas además tenemos
que influir sin compresión y porque las
bombas trabajan con likins mientras que
los compresores con gases esa es la
diferencia entre ellas dos por eso
podemos también expresar al trabajo y
sin trópico como
el volumen específico por el delta de
presión de acuerdo a la relación que
vimos hace un momento la relación entre
el trabajo de incentivo de cotización
área y el bolo en específico y la
presión
en un diagrama entalpía entropía que
haría de esta manera aquí vemos la línea
de presión constante el proceso
entrópico y el proceso real como vemos
el trabajo en ciento pico es menor que
es lo óptimo lo que quisiéramos que
fuera menor
como habíamos mencionado hace un momento
en ocasiones los compresores son
enfriados para que se requieran menos
trabajo porque cuanto menos temperatura
habrá un menor volumen específico y de
acuerdo a la ecuación trabajo igual a la
integral debe por dp ahora menos trabajo
en este caso no tiene sentido hablar de
eficiencia a diabética porque el proceso
no hacer a diabético va a haber una
buena transferencia de calor y por lo
tanto reemplazamos la eficiencia y
centro picado a diabética por eficiencia
isotérmica es decir comparamos ahora el
trabajo realizado si el proceso fuera
isotérmico es decir a temperatura
constante con el trabajo realizado en el
proceso real
para finalizar hablemos de la eficiencia
y centro pica en todas las aceleradoras
recordemos que las toberas aceleradoras
son dispositivos que transforman la
energía del flujo en energía cinética es
decir entre fluido con mayor presión y
sale con menos presión pero más
velocidad en este caso la energía
cinética es muy importante y lo que
hacemos ahora al definirla y ciencias
entrópica es comparar a la energía
cinética real a la salida de la tobera
con la energía cinética en el caso de
que el proceso fuera y centro pico como
energía cinética es masa por velocidad
cuadrado sobre 2 en esta ecuación
reducimos las masas y el número 2 y nos
queda una relación entre las velocidades
al cuadrado
de acuerdo a la primera ley de la
termodinámica podemos expresar estas
energías sin éticas como el delta dental
pillan tomando la ecuación de la primera
ley sistemas abiertos estacionarios y
haciendo las reducciones respectivas de
modo que también vamos a expresar a esta
eficiencia es entrópica como el delta de
entalpía en el caso real sobre delta
entalpía en el caso y centro pico
aquí podemos ver cómo se vería este
proceso en el diagrama entalpía entropía
vemos el proceso edición trópico una
línea recta porque la entropía es
constante y el proceso real vemos como
la energía cinética es mayor cuando un
proceso de decisión trópico cuando haya
más eficiencia bien eso era todo por
este momento muchas gracias por su
atención aquí hay una referencia si
quieren estudiar más del tema si quieren
aprender más
que tengan un muy buen día los invito a
ver el siguiente vídeo sobre la clase de
la entropía si les gustó del el like no
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