TERMODINAMICASemana 3

TABLAS DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICADE LIMA SUR

Ing. Abel Estacio C.

TABLAS DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS

- LAS TABLAS TERMODINAMICAS.- TABLAS DE SATURACION.- TABLAS DE LIQUIDO COMPRIMIDO.- TABLAS DE VAPOR SOBRECALENTADO.- ECUACION DE ESTADO DE GAS IDEAL.- FACTOR DE COMPRESIBILIDAD.

USO DE TABLAS Y DIAGRAMAS TERMODINAMICOS

Para la mayoria de las sustancias, las relaciones entre las propiedades termodinamicas son demasiado complejas como para poder expresarse por medio de ecuaciones simples, por lo tanto, las propiedades suelen presentarse en forma de tablas.Algunas propiedades termodinamicas se miden facilmente, pero otras no y deben calcularse a traves de relaciones que involucren propiedades medibles.Los resultados de estas mediciones y calculos se presentan en tablas con un formato conveniente.

USO DE TABLAS Y DIAGRAMAS TERMODINAMICOS

Para cada sustancia, las propiedades termodinamicas se listan en mas de una tabla, ya que se prepara una para cada region de interes, como las de vapor sobrecalentado, liquido comprimido y de saturacion (mezcla)

ENERGIA INTERNAEs la suma de todas las formas microscopicas de energia de un sistema; se relaciona con la estructura molecular y el grado de actividad molecular y se puede considerar como la suma de las energias cinetica y potencial de las moleculas. Depende de la temperatura. Debido a la gran cantidad de particulas involucradas, es imposible medir la energia cinetica de un sistema , por lo que unicamente pueden medirse las variaciones de esta.

ENTALPIAEn ciertos procesos, particularmente en la generacion de potencia y refrigeracion, a menudo se encuentra la combinacion de propiedades u + PV.Para simplificar y por conveniencia, esta combinacion se define como una nueva propiedad: ENTALPIA (h).:

H = U + PV

VOLUMEN ESPECIFICOSe define como el número de metros cúbicos ocupados por un kilogramo de una sustancia en particular. La unidad estándar es el metro cúbico por kilogramo.El volumen específico es inversamente proporcional a la densidad. Si la densidad de una sustancia duplica, su volumen específico, tal como se expresa en las mismas unidades de base, se reduce a la mitad.

MODELO DE UNA TABLA TERMODINAMICA

ESTADOS DE LIQUIDO SATURADO Y VAPOR SATURADO

El subindice f indica propiedades de liquido saturado.El subindice g indica propiedades de vapor saturado.El subindice fg indica la diferencia de valores entre vapor saturado y liquido saturado.La temperatura y la presion son propiedades dependientes.

ESTADOS DE LIQUIDO SATURADO Y VAPOR SATURADOLas propiedades se enumeran a partir de la temperatura, o a partir

de la presion.

EJERCICIOS1).- Un recipiente rigido tiene 35 Lb-m de agua como liquido saturado a 125ºF. Determine la presion del recipiente y el volumen del mismo.2).- Un recipiente contiene 200 l de vapor de agua saturado a 1200 KPa de presion. Determine la temperatura y la masa de vapor dentro del recipiente.3).- 1500 gramos de agua liquida saturada se evapora por completo a una presion constante de 100 Kpa. Determine el cambio de volumen y la cantidad de energia transferida al agua.

MEZCLA SATURADA DE LIQUIDO-VAPOR

Durante un proceso de evaporacion, una parte de la sustancia es liquida, y otra vapor. Y para definir las proporciones utilizamos la CALIDAD (x).El vapor humedo se puede tratar como una combinacion de liquido saturado con vapor saturado. Las propiedades de esta «mezcla» seran propiedades promedio del vapor humedo.

MEZCLA SATURADA DE LIQUIDO-VAPOR

V = Vf + Vg

O mtv = m fvf + mgvg (1)

Pero mf = mt – mg (2)

reemplazando (2) en (1) y dividiendo entre mt :vprom = vf + xv fg

o vprom = vf + x(vg - vf)

Ejercicio 1.-Un recipiente rigido contiene 10 kg de agua a 90°C . Si 8 Kg estan en forma liquida y el resto vapor, determine la presion y el volumen del recipiente.Ejercicio 2.- Un recipiente de 80 L contiene 4 Kg. de refrigerante 134ª a una presion de 160 KPa. Determinar la temperatura, la calidad, la entalpia de mezcla y el volumen que ocupa la fase vapor.

VAPOR SOBRECALENTADO

Region donde hay una sola fase: vapor. La temperatura y la presion son propiedades independientes.

Determine la energia interna del agua a 20 PSIA y 400°F.Determine la temperatura del agua en un estado donde P = 0.5 Mpa y h = 2890 KJ/Kg.

LIQUIDO COMPRIMIDO

Estas tablas no son muy comunes, y una de las razones es por la relativa independencia de sus propiedades respecto a la presion.A falta de datos, una aproximacion general es considerar al liquido comprimido como un liquido saturado a la temperatura dada.

Determine la energia interna del agua liquida comprimida a 80°C y 5 MPa , con los datos de una tabla de liquido comprimido y una tabla de liquido saturado. Cual es el % de error.

EL ESTADO GASEOSOEs uno de los estados de la materia es el estado mas energético

debido a la alta energía cinética de sus moléculas

FA > Fr

FR ~ FA FR > FA

sólido Líquido Gas

Compresibilidad (fuerza sobre el

gas)

Expansión (energía Cinética)

Propiedades de los gases

Difusión (gas-gas,

gas-líquido)

ECUACION UNIVERSAL DE LOS GASES IDEALES

V

PV = nRT ECUACION UNIVERDSAL

ECUACION DE ESTADO DE GAS IDEALCualquier ecuacion que relacione la Presion, temperatura

y volumen especifico de una sustancia se denomina ECUACION DE ESTADO. La mas sencilla y mejor conocida para sustancias en fase gaseosa es la ECUACION DE ESTADO DE GAS IDEAL, que predice el comportamiento P-v-T de un gas con bastante exactitud, dentro de cierta region elegida convenientemente.

P.-Presion absoluta.T.-Temperatura absoluta.

LEYES DE LOS GASES

Ley de Boyle (isotérmica)

P1V1 / (Tº1) = P2V2 / (Tº2) Tº cte. P1V1 = P2V2

Ley de Charles (isobárico)

Pº cte. V1 /T1= V2 /T2P1V1 / (Tº1) = P2V2 / (Tº2)

Ley de Gay Lussac (Isocórico)

Vº cte. P1 /T1= P2 /T2P1V1 / (Tº1) = P2V2 / (Tº2)

Gases Reales

Los gases ideales siempre están en fase gaseosa y tienen densidad insignificantes. En cambio los gases reales, cuando sus moléculas reciben o suministran calor esta fase gaseosa dependiendo de su estado termodinámico puede cambiar de fase (solido, liquido, geseoso) o establecer una combinación de ellos a nivel microscópico

Las isotermas de un gas real tienen una forma más compleja que las de un gas ideal (hipérbolas), porque consideran los cambios de fase que puede experimentar.

Isotermas de Andrews

Tº cte.

Tº cte.

Q..Cl

El factor de compresibilidad (Z)

Es un factor de corrección en la ecuación de estado de gas ideal para modelar el comportamiento de los gases reales.Los gases se desvian de manera importante del comportamiento de gas ideal en estados cercanos a la region de saturacion y el punto critico.Esta desviacion de temperatura y presion especificadas se toma en cuenta con exactitud mediante la introduccion de un factor de correccion llamado FACTOR DE COMPRESIBILIDAD (Z)

El factor de compresibilidad (Z)

PV = RT n

Pv = Z RT Donde v = volumen molar del gas real

A partir de la ecuación universal de los gases ideales:

Z = Pv

RT

Z = vreal

v ideal

RT n

P

V

Pn =RT

V = vP

=RT

vP = RT

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD (Z)

Los gases se comportan de manera diferente a determinada temperatura y presion, pero se comportan de manera muy parecida a temperaturas y presiones normalizadas respecto a las temperaturas y presiones criticas. Estas son las temperaturas y presiones reducidas.

Significado del factor de compresibilidad (Z)

Al examinar estas curvas se desprende que:

A presiones bajas (PR << 1) los gases se comportan como gas ideal sin considerar la temperatura y Z = 1A temperaturas altas (TR > 2) se supone con buena precision al comportamiento de gas ideal.Cuando se tiene P y v ó T y v , se puede utilizar la carta de compresibilidad para determinar la tercera propiedad pero es tedioso por el procedimiento de prueba y error, por lo que es necesario definir otra propiedad reducida llamada VOLUMEN REDUCIDO PSEUDOCRITICO (VR)