Watt Watchers of Texas: Texas is Too Good To Waste™

Activity: Entropía y generación de electricidad

Resumen de la actividad:La segunda ley de termodinámica afirma que la entropía de un sistema aislado siempre crece a medida que se convierte la energía. Pasar de combustible (mucho orden) a calor o humo (poco orden) es un proceso natural de entropía. La contaminación con el más alto desorden o la entropía más alta es la más difícil de limpiar. Por ejemplo, debido a que la contaminación del aire está constituida de partículas muy pequeñas altamente dispersadas, es difícil de limpiar. La contaminación del agua puede fluir con el agua, así que este tipo de contaminación recae entre la contaminación del aire y la contaminación sólida. La contaminación sólida es la más ordenada porque no fluye ni se dispersa sin la ayuda del aire y el agua.

Problema planteado:

Explique ejemplos diarios de entropía e identifique el nivel de entropía de los distintos derivados de la producción de electricidad.

Para esta actividad, los individuos o grupos pueden evaluar los distintos tipos de centrales eléctricas. Esta es una lista de ejemplos:

  • Combustión a base de carbón
  • Gasificación integrada en ciclo combinado
  • Termonuclear

Los estudiantes deben investigar los derivados de cada proceso y luego determinar si el derivado tiene nivel alto, mediano o bajo de entropía antes de evaluar también de acuerdo con la definición de qué tan difícil es controlar el derivado.

Por ejemplo, el combustible de uranio empobrecido es el derivado de los reactores termonucleares. El combustible es un sólido con entropía relativamente baja. El uranio empobrecido se puede empacar nuevamente y enviarse por camiones para ser almacenado a largo plazo. Se puede procesar en más combustible, como lo hacen en Francia.

Otra opción es la combustión de carbón que produce una variedad de derivados distintos incluyendo cenizas de carbón, óxidos sulfúricos, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y otros materiales particulados. Las partículas sólidas tienen un nivel de entropía más bajo que los gases, y las partículas sólidas más grandes, como la ceniza, tienen el nivel de entropía más bajo y son más fáciles de manejar. Los gases con su nivel alto de entropía requieren mayor inversión de tiempo, materiales y dinero para ser manejados. Un ejemplo del manejo de las emisiones de dióxido de carbono es atrapar, presurizar y almacenar el gas en las cavernas subterráneas grandes.

Criterios de evaluación:

Los estudiantes deben poder identificar los distintos derivados de la producción de electricidad según sus conocimientos de los recursos energéticos y su propia investigación. Los estudiantes identificarán el estado de la materia de los distintos derivados y el uso como un indicador del nivel de entropía relativa de los distintos derivados del mismo recurso. De acuerdo con la suposición de que el nivel más alto de entropía va asociado con un nivel de manejo más difícil, los estudiantes evaluarán la dificultad relativa de manejo de los derivados. La información en Internet, publicaciones y otros recursos pueden fortalecer esta evaluación.

El análisis del estudiante debe centrarse en un ejemplo real de producción de electricidad, y debe demostrar una comprensión amplia de ley subyacente de termodinámica.

Recursos:

El capítulo 28: "Energy and the Environment" de "Energy 101:Energy Technology & Policy" provee una introducción a los distintos problemas ambientales de los distintos sectores relacionados con el sector energético. La sección final examina cómo la entropía se relaciona con los distintos desechos. La Oficina Estatal de Conservación de Energía provee acceso a Energía 101 para los estudiantes y maestros de Texas como parte del programa Watt Watchers de Texas.

TEKS

PHYS.6E

Algunas partes de esta actividad se han tomado del capítulo 28 "Energy and the Environment" de "Energy 101: Energy Technology & Policy"

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