Su'esu'ega o le Entropy i Faiga Fa'a-Thermodynamic o Inisinia
I le inisinia, o le thermodynamics o se faavae taua mo le malamalama i le auala e gaoioi ma liua ai le malosi i totonu o faiga—mai afi mu i totonu ma turbine ausa i compressors ma faiga fa'amālūlūina. Peita'i, e sili atu i le fuafuaina o le malosi ma le lelei o le fa'atinoga o lo'o i ai se manatu autu e masani ona fa'amatalaina ai tapula'a o le fa'atinoga o se faiga: entropy. E le gata o le Entropy e uiga i le "fa'aletonu" lelei, ae fa'apitoa, o se aofa'iga e fesoasoani i inisinia e iloilo le itu e ono tula'i mai o se faiga, fuaina le le toe mafai ona toe fa'afo'isia, ma fuafua le galuega ua leiloa i faiga moni. O lenei tusiga o lo'o talanoaina ai le au'ili'iliga o le entropy i faiga fa'ainisinia thermodynamic, mai lona fa'amatalaga i lona fa'aoga i masini fa'apisinisi.
1. Malamalama i le Entropy ma Lona Uiga Faaletino
I le thermodynamics masani, o le entropy o se galuega faatino a le setete o lona suiga ua faʻamatalaina mo se faiga e mafai ona toe faʻafoʻisia e ala i le sootaga:
\[
dS = \frac{\delta Q_{rev}}{T}
\]
lea o le \(dS\) o le suiga i le entropy, o le \(\delta Q_{rev}\) o le vevela e mafai ona fesuia'i, ma o le \(T\) o le vevela atoatoa (Kelvin). Talu ai o le entropy o se galuega faatino a le setete, o le suiga i le entropy e faalagolago lava i tulaga muamua ma le mulimuli, ae le o le ala o le faagasologa. E taua tele lenei mea i le inisinia aua e mafai ai e inisinia ona fuafua le suiga i le entropy e tusa lava mo faagasologa moni, e le mafai ona fesuia'i, e faaaoga ai ala e mafai ona fesuia'i faalemafaufau i le va o tulaga tutusa e lua.
O le uiga faaletino o le entropy e fesoʻotaʻi ma le aga masani o se faiga e agai atu i se tulaga e sili atu ona ono mafai ona faʻamauina, faʻapea foʻi ma se fua o le "faʻasalalauina" o le malosi. I faiga faʻainisinia, e masani ona faʻaaogaina le entropy e:
1. Fuafua pe ono tupu faafuaseʻi le faagasologa.
2. Iloilo le tulaga o le lē toe mafai ona toe faʻafoʻisia ma le lelei o le faagasologa.
3. Fuafua le lelei aupito maualuga fa'ateorē (tapula'a lelei atoatoa).
2. O le Tulafono Lona Lua o le Thermodynamics ma le Entropy Production
E fesoʻotaʻi vavalalata le suʻesuʻega o le entropy ma le Tulafono Lona Lua o le Thermodynamics. Mo se faiga tuʻufua, e le faʻaitiitia lava le entropy:
\[
\Delta S_{total} \ge 0
\]
Mo faiga moni, o le entropy atoa e aofia ai le entropy o le faiga ma mea o siomia ai. Afai o se faagasologa e:
– E mafai ona toe fa'afo'i, ona \(\Delta S_{total} = 0\)
– E lē mafai ona toe fa'afo'isia, ona \(\Delta S_{total} > 0\)
O le manatu autū iinei o le gaosiga o le entropy (\(S_{gen}\)), lea e faʻatusalia ai le entropy "gaosia" ona o malosiaga e le mafai ona toe faʻafoʻisia e pei o le feteʻenaʻiga, fesiitaiga o le vevela i luga o se eseesega faʻatapulaʻaina o le vevela, fefiloi o vai, fenumiaʻiga, faʻalauteleina saoloto, ma tali faʻakemikolo e le paleni. I le tulaga o se paleni entropy mo se faiga o le voluma pulea, e mafai ona tusia lenei mea e pei o:
\[
\frac{dS_{cv}}{dt} = \sum \dot{m}_{in}s_{in} – \sum \dot{m}_{out}s_{out} + \sum \frac{\dot{Q}}{T} + \dot{S}_{gen}
\]
fa'atasi ai ma le \( \dot{S}_{gen} \ge 0\). Mo inisinia, o le tau o le \( \dot{S}_{gen} \) o se fa'ailoga lea o le lelei o le fa'agasologa: o le tele o lea, o le tele fo'i lea o mea e leiloa.
3. Entropy i Faiga Fa'avae o le Thermodynamic
I le au'ili'iliga fa'ainisinia, e masani ona fa'ata'ita'iina faiga o ni fa'ata'ita'iga lelei e fa'afaigofie ai fa'atusatusaga. O nisi o faiga fa'avae ma lo latou sootaga ma le entropy e fa'apea:
a. Faiga Isothermal (T tumau)
I se faiga fa'a-isothermal e mafai ona toe fa'afo'isia, o le suiga i le entropy e feso'ota'i sa'o lava ma le vevela e ulufale/fa'aulufale mai:
\[
\Delta S = \frac{Q_{rev}}{T}
\]
E tāua tele lenei faiga i le auʻiliʻiliga o afi Carnot ma o nisi laʻasaga o le faʻapipiʻiina/faʻalauteleina e matuā telegese lava.
b. Fa'agasologa Isentropic (tumau S)
O se faiga isentropic o se faiga fa'apitoa e adiabatic ma reversible. O le tele o vaega fa'ainisinia, e pei o turbines, compressors, ma nozzles, e masani ona manatu o ni isentropic e fuafua ai le fa'atinoga lelei. O le mea moni, o le faiga i nei vaega e toetoe lava a adiabatic ae le o reversible, o lea e masani ona fa'ateleina ai le entropy. O le eseesega mai amioga isentropic e fa'aaogaina e fa'amatalaina ai le isentropic efficiency.
c. Faiga Fa'avae Adiabatic e le Mafai ona Toe Fa'afo'isia
I se faiga moni adiabatic, e leai se fesiitaiga o le vevela (\(Q=0\)), ae e mafai ona faateleina le entropy ona o le le toe suia i totonu:
\[
\Delta S = S_{gen} > 0
\]
O se faʻataʻitaʻiga masani o le faʻapipiʻiina lea o se kasa e ala i le feteʻenaʻiga ma le vevesi.
d. Faiga Isobaric ma Isochoric
Mo le mamafa faifai pea po'o le fa'agasologa o le voluma faifai pea, e mafai ona fuafuaina le suiga o le entropy e fa'aaoga ai fa'amatalaga o meatotino (laulau ausa, laulau kesi lelei) po'o le fua fa'atatau o le vevela fa'apitoa:
– Mo kasa lelei atoatoa:
\[
\Delta s = c_p \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right) – R\ln\left(\frac{P_2}{P_1}\right)
\]
poʻo
\[
\Delta s = c_v \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right) + R\ln\left(\frac{v_2}{v_1}\right)
\]
4. Fa'aaogāina o le Su'esu'ega o le Entropy i Meafaigaluega Fa'ainisinia
a. Turbine ma le Compressor
I totonu o se turbine lelei atoatoa, o le faʻalauteleina o le vai e maua ai le tele o galuega i le taimi o se faiga isentropic. O turbine moni e oʻo i le faʻateleina o le entropy ona o le feteʻenaʻiga ma le turbulence, ma mafua ai ona itiiti le galuega moni. O le isentropic efficiency o se turbine e masani ona faʻamatalaina o le fua faʻatatau o le galuega moni i le galuega isentropic. I se isi itu, i totonu o se compressor, o le irreversible e mafua ai ona sili atu le manaʻoga o le galuega moni nai lo le mea lelei atoatoa.
b. Fesuia'iga o le Vevela (Fesuia'iga o le Vevela)
E masani ona manatu o masini fesuia'i vevela e leai se galuega e faia ma e fa'agaoioia i se tulaga mautu. E ui e masani ona manatu o ni masini fesuia'i vevela e le'i suia le siosiomaga, ae o le gaosiga o le entropy e mafua mai i le fesiita'iga o le vevela i luga o se eseesega fa'atapula'aina o le vevela. O le mamanu lelei e taumafai e fa'aitiitia eseesega o le vevela i le lotoifale, fa'aitiitia le le toe mafai ona toe fa'afo'isia, ma fa'aitiitia le \(S_{gen}\).
c. Tapula'a Fa'a'ole'ole
O faiga fa'atapula'aina (e pei o, i totonu o valve fa'alauteleina o le pusaaisa) e masani ona manatu i ai o le isenthalpic (\(h\) constant), ae o le entropy e fa'ateleina. O le au'ili'iliga o le entropy e fesoasoani e malamalama ai o le fa'atapula'aina o se faiga e matua'i le toe mafai ona toe fa'afo'isia ma e mafua ai ona leiloa le galuega e mafai ona faia. O le mea lea, i nisi o faiga, e suia le masini fa'alauteleina i se mea fa'alautele e mitiia ai le galuega ma fa'aitiitia ai le le toe mafai ona toe fa'afo'isia, e ui lava i le tau o le fa'ateleina o le faigata.
d. Faiga o le Pusaaisa ma le Pamu Vevela
I le ta'amilosaga o le fa'amālūlūina, e fesoasoani le au'ili'iliga o le entropy e iloilo ai le fa'atinoga o le compressor, le lelei o le fa'agasologa o le condensation/evaporation, ma puna'oa o le irreversible e fa'aitiitia ai le COP (Coefficient of Performance). E matua aoga lava le ata \(Ts\) mo le va'aia o le fa'ateleina o le entropy i fa'agasologa moni o le compression ma le throttling.
5. Entropy, Exergy, ma le Leiloa o Galuega
I le inisinia, e masani ona fa'apipi'i le entropy ma le manatu o le exergy, o se fua lea o le malosi aupito maualuga e mafai ona liua i galuega aoga pe a fegalegaleai se faiga ma se siosiomaga fa'asino. O le gau o galuega ona o le le toe mafai ona toe fa'afo'isia e feso'ota'i tonu lava ma le gaosiga o le entropy e ala i:
\[
\dot{W}_{leiloa} = T_0 \dot{S}_{gen}
\]
lea o le \(T_0\) o le vevela o le siʻosiʻomaga. E matua malosi lava lenei sootaga: soʻo se entropy e gaosia e faʻatusalia ai le leiloa o le "galue malosi." O le mea lea, o le faʻaleleia atili o faiga faʻapisinisi e masani ona taulaʻi i le faʻaitiitia o le \( \dot{S}_{gen} \) i vaega tetele, e pei o compressors, combustors, poʻo heat exchangers e tele eseesega o le vevela.
6. Ata o le Ts o se Meafaigaluega Su'esu'ega
O le ata o le vevela-entropy (\(Ts\)) o se meafaigaluega vaaia taua. O le vaega i lalo o le pi'o o se faiga e mafai ona toe fa'afo'isia i luga o le ata o le \(Ts\) o lo'o fa'atusalia ai le fesiitaiga o le vevela \(Q_{rev}\). O lenei ata e faigofie ai mo inisinia ona va'ai:
– E toetoe lava a mafai ona toe fa'afo'i le fa'agasologa (e "lelei" le pi'o ma e le fa'ateleina le entropy).
– O le a le tele o le lē toe mafai ona toe fa'afo'isia o lo'o i ai i le fa'apipi'iina, fa'alauteleina, ma le fa'aopoopo/ave'esea o le vevela.
– Faatusatusaga o le taamilosaga lelei atoatoa ma le taamilosaga moni.
7. Faaiuga
O le su'esu'ega o le entropy i faiga fa'ainisinia o le thermodynamic o se auala taua e malamalama ai ma fa'aleleia atili ai le fa'atinoga o faiga fa'aeletise. E fesoasoani le entropy e fa'afeso'ota'i le Tulafono Lona Lua o le Thermodynamics i mea moni o le fanua: e leai se faiga e mafai ona toe fa'afo'isia moni, ma o mea uma e le toe fa'afo'isia e maua ai le entropy ma fa'aitiitia ai galuega e ono mafai. E ala i paleni entropy, e mafai e inisinia ona fa'ailoa mai puna'oa o mea ua leiloa, iloilo le lelei o le isentropic o masini vai, iloilo le lelei o mamanu o fesuia'iga o le vevela, ma fa'afeso'ota'i le gaosiga o le entropy i mea ua leiloa o le exergy. I le iuga, o le pulea lelei o le manatu o le entropy e le na'o se mea e mana'omia fa'alea'oa'oga ae o se meafaigaluega aoga mo le mamanuina o faiga fa'avevela e sili atu ona lelei, fa'asaoina le malosi, ma fa'atuatuaina i fa'aoga fa'apisinisi fa'aonaponei.
