Ejercicios tablas termodinamicas PDF

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tablas termodinámicas- propiedades de una sustancia pura...

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Taller2 Termodinámica Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C agosto de 2020 Resumen: Las relaciones entre las propiedades termodinámicas de la mayoría de las sustancias son demasiado complejas para expresarse por medio de ecuaciones sencillas. Por tanto, las propiedades frecuentemente se presentan en la forma de tablas. Palabras clave: Volumen específico, Calidad, Vapor sobrecalentado, Presión, Temperatura.

1.

Introduccio´n

En el siguiente análisis se utilizarán las tablas agua saturada, para mostrar el uso de tablas de propiedades termodinámicas. Las tablas de propiedades de otras sustancias se utilizan de la misma manera. Para cada sustancia, las propiedades termodinámicas se presentan en más de una tabla. De hecho, se prepara una tabla separada para cada región de interés, como las regiones de vapor sobrecalentado, de líquido comprimido y de saturación (mezcla). Los datos recolectados de la práctica se llevan a las tablas respectivamente, en este caso trabajaremos con agua en mayor medida y siempre evaluamos desde el estado saturado donde concluimos en qué estado se presenta, vamos al estado ya encontrado (región) y finalmente se hace el análisis de los valores que nos proporciona las tablas respectivamente.

Temperatura de saturación: A una presión dada, la temperatura a la cual una sustanc pura empieza a hervir se llama temperatura de saturació Tsat. Presión de saturación: Del mismo modo que el anterior, a una temperatu determinada, la presión a la cual la sustancia empieza a herv recibe el nombre de presión de saturación Psat.

Liquido Comprimido

Tsistema< Tsat, P > Psat

Mezcla Saturada Liquido-Vapor

Tsistema= Tsat y/o P = Psat

Vapor sobrecalentado Tsistema >Tsat , P < Psat Vf = volumen específico del líquido saturado. Vg = volumen específico del vapor saturado.

Partimos definiendo la temperatura en unidades que encuentra la tabla, en °C

Ejercicios Manejo de tablas Termodinámicas a. Definir el estado de agua a 320 °F y 22 psia. b. Calcular el volumen específico de vapor a 500 F, con una calidad de 60%. c. Un deposito cerrado y rígido contiene 0.21 m3 de vapor de agua a una presión de 480 kPa y temperatura de 340 °C. Se deja que el depósito disipe calor hacia el entorno hasta que el agua alcanza los 90 °C. 1.

¿Qué masa de vapor hay finalmente en el depósito?

La fórmula para calcular el volumen específico es:

2. ¿Cuál es la presión final? 3. ¿A qué temperatura comenzara proceso de cambio de fase?

el

d. Una masa de 250 g de agua líquida saturada se vaporiza completamente a una presión constante de 100 kPa. Determine el cambio de volumen. Se muestran ambos puntos en un gráfico T – v

2. a.

Además tenemos un valor de calidad de 0.6

El volumen específico es 0.0258304 El volumen específico de Vapor es 0.04220 El volumen específico de Líquido es 0.001276 c.

Procedimiento Para definir el estado de agua a una temperatura de 320 °F procedemos a transformarla en°C, Igualmente con la presión 22 psia a kPa

Un deposito cerrado y rígido contiene 0.21 m3 de vap de agua a una presión de 480 kPa y temperatura de 3 °C. Se deja que el depósito disipe calor hacia el entor hasta que el agua alcanza los 90 °C. 1. ¿Qué masa de vapor hay finalmente en el depósito? 2. ¿Cuál es la presión final? 3. ¿A qué temperatura comenzara el proceso de camb de fase?

Posteriormente se evalúa en la tabla termodinámica

En principio realizamos el esquema del problema pa tener más claridad en este.

en qué estado se encuentra según los datos.

Como podemos observar la presión es menor a la presión de saturación, es decir, 151.68 < 617.8 (kPa), por lo tanto a bajas presiones se encuentra en estado Vapor Sobrecalentado. b. Calcular el volumen específico de vapor a 500 F, con una calidad de 60%. En la tabla encontramos que:

2

La presión es menor que la de saturación (480kpa < 14586), por lo tanto su estado se encuentra en vapor sobrecalentado. Tenemos una temperatura de 340 °C y presión de 480 kPa.

500

0.56

480

0.59

Para determinar la masa total empleamos formula d volumen especifico Vespecífico = VolumenTotal Masa Total MasaTotal = Volumen Vespecifico MasaTotal = 0.21 0.59 MasaTotal= 0.356

Realizamos doble interpolación para encontrar la temperatura en ambas presiones, y posteriormente la presión en cuestión. 1.

Calidad en Estado 2 (90 °C) x = (Vespecifico - Vf)/(Vg - Vf) T (°C)

340

340

y

340

0.7022

340

x=

(0.59 – 0.00136)

V (m3/kg) 56 – T °C

V (m3/kg)

x = 0.24947

y

0.56

2. Y teniendo en cuenta que calidad se define como:

340 °C

Calidad = Mvapor Mtotal P (kPa)

400 480

V (m3/kg)

0.7022 y

3

Entonces Mvapor = Calidad*(Mtotal) Mvapor = 0.25 * 0.356 Mvapor = 0.089

Vf = 0.001044 Vg = 1.67185 Vfg = 1.670806

Ahora bien para determinar la temperatura de cambio tenemos en cuenta el volumen específico encontrado previamente, añadiendo que no se encuentra en la tabla.

Por lo tanto el cambio del volumen se

0.59

Y E interpolamos T (°C) 134.54

V (m3/kg) 0.59 calcula como:

Finalmente podemos decir que:  La masa de vapor final es 0.089  La temperatura a la cual se cambiara de fase será la de saturación, 134.54 °C  La presión final será 70.14 kPa indicado respectivamente en la tabla con la temperatura final (90°C).

250g* 1kg * 1.670806 m3= 0.4177 m3 1000g kg

Gráfico T vs v  Tsat = 100 °C  Psat = 101.3 kPa

d. Una masa de 250 g de agua líquida saturada se vaporiza completamente a una presión constante de 100 kPa. 1.

Determine el cambio de volumen.

2. Muestre ambos puntos en un gráfico T – v V= 250 ml

Psat

P= 100 kPa T= 100 °C

3. 1.

Conclusiones

2. La calidad para una mezcla de saturación varía entre 0 y 1, teniendo en cuenta las proporciones liquido-vapor que se encuentren, sea bien: una calidad de vapor de 0 indica 100% de agua, mientras que una calidad de vapor de 1 (o 100%) indica 100% de vapor.

En el uso de las tablas termodinámicas es absolutamente necesario definir en qué estado se encuentra la sustancia a evaluar puesto que así se tienen los datos correctos de este.

4

3. En el grafico T vs V se puede evidenciar que la región situada a la izquierda del domo pertenece a liquido comprimido; la línea izquierda de líquido saturado con su punto limite donde cambia de estado; la zona medial que corresponde a una mezcla saturada; línea de la derecha que es vapor saturado con su respectivo punto límite de cambio de estado y finalmente la región derecha que corresponde a vapor sobrecalentado.

4. 1.

Bibliografía Sonntag, R. and Borgnakke, C., 2009. Fundamentals Of Thermodynamics. 7th ed. Hoboken, N.J.: Wile.

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