1.2. Agua y Fluidos Newtonianos - C1

8/18/2019 1.2. Agua y Fluidos Newtonianos - C1

1/32

DIPLOMATURA DE ESPECIA LIZAC IÓNEN INGENIERÍA DE PIPINGDIPLOMATURA DE ESPECIA LIZAC IÓNEN INGENIERÍA DE PIPING

Tema:Sustancia Pura: Tablade propiedades.

Profesor:

Luis Chirinos García

Modulo 1: Agua y fluidos Newtonianos


2/32

DIPLOMATURA DE ESPECIA LIZAC IÓNEN INGENIERÍA DE PIPING

Sustancia Pura:• Sustancia pura es aquella cuya composición

química se mantiene inalterable (Ejemplo: N 2,H

2O, He, CO

2).

• Una mezcla de varios elementos y/o compuestos

químicos califica como sustancia pura, siempreque la mezcla se mantenga homogénea (Ejemplo:aire).

N2 AIRE Agua

Aceite


3/32


Sustancia Pura:• Una mezcla de dos o más fases de una sustancia pura

existe, si y solo sí, la composición química de todas lasfases es la misma.

Líquido

Vapor

Agua

Líquido

Hielo

Agua

Líquido

Vapor

Aire

La mezcla de hielo y agua (líquido) es una sustancia pura porque la composición química de ambas fases es la

misma; y el Aire ?


4/32

DIPLOMATURA DE ESPECIA LIZAC IÓNEN INGENIERÍA DE PIPINGDIPLOMATURA DE ESPECIA LIZAC IÓNEN INGENIERÍA DE PIPING

4

Estado 1 Estado 2 Estado 3Estado 4 Estado 5

32100

T ºC

v, m 3 /kg

120

1.- Líquido comprimido.

2.- Líquido saturado.3.- Líquido - vapor.

4.- Vapor saturado.

5.- Vapor sobrecalentado.

P = 1 atmT = 20 ºC

P = 1 atmT = 100 ºC

P = 1 atmT = 100 ºC

P = 1 atm

T = 100 ºC

5300

P = 1 atmT = 300 ºC

¿Y si el sistema se enfría?

Sustancia Pura y sus Fases:

(5)

(4) (3)(2)

(1)


5/32


v, m 3 /k g

T, ºC

P = 0.01 MPa

P = 0.1 MPa

P = 1 MPa

P = 8 MPa

P = 22.09 MPaP = 25 MPa

374.14

0.003155

Pto. Crítico

Líquidosaturado

Vaporsaturado



6/32


v, m 3 /k g

T, ºC

P 1

P 2 = cte. > P 1

P 3 = cte. > P 2

P 4 = cte. > P 3

Zona de Vaporsobrecalentado

Zona de

Líquidocomprimido

Zona deLiquido - Vapor

Líquido saturadoVapor saturado


374.14

0.003155

Pto. Crítico


7/32


v, m 3 /k g

P,

T1

T2 = cte. > T 1

T3 = cte. > T 2

T4 = cte. > T 3



Vapor saturadoLíquido saturado

Zona deLíquido

comprimido

Sustancia Pura y sus Fases:Pto. Crítico22.09

0.003155


8/32


Pcr.

V cr. v, m 3 /k g

P, MPaPto. Crítico



LL+S

S Línea triple

Sólido + Vapor



9/32


T

P

Sólido

Líquido

Vapor

PuntoCrítico

PuntoTriple

Sublimación

a b c a 2 b 2 c2

a 1 b 1 c1

Fusión Vaporización

Diagrama de Fases para el Agua: Tablas de LíquidoComprimido: v, u, h , sa partir de P, T

Tablas de vaporSobrecalentado:v, u, h, s a partir deP, T.


10/32


Punto Crítico de algunas sustancias:

Sustancia (ºC) (kPa) (m 3/kg)Agua 374.14 22.1 x 10 0.003155CO 2 31.05 7.39 x 10 0.002143O2 -118.35 5.08 x 10 0.002438H2 -239.85 1.30 x 10 0.032192


11/32


Punto Triple de algunas sustancias:Sustancia (ºC) (K) (kPa)

Agua 0.01 273.16 0.6113

H2 -259 14.15 7.194O2 -219 54.15 0.15

N2 -210 63.15 12.53

Hg -39 234.15 13 x 10-8

Zn 419 692.15 5.066Ag 961 1234.15 0.01

Cu 1083 1356.15 7.9 x 10-6


12/32


v, m 3 /kg

T, ºC

P1

P2 = cte. > P

1

P3 = cte. > P 2

P4 = cte. > P 3

Líquido saturado

Vapor saturado


374.14

0.003155

0.01 MPa

0.1 MPa

1 MPa

P5 = cte. > P 4

P6 = cte. > P 5


13/32


v, m 3 /kg

P,

T1

T2 = cte. > T 1

T3 = cte. > T 2

Vapor saturadoLíquido saturado

Sustancia Pura y sus Fases:22.09

0.003155

T4 = cte. > T 3

T5 = cte. > T

4

T6 = cte. > T 5


14/32


T

P

Sólido

Líquido

Vapor

PuntoCrítico

PuntoTripleSublimación

a b c a 2 b 2 c2

a 1 b 1 c1

Fusión Vaporización

Diagrama de Fases:Zona FluidoSupercrítico


15/32


Tabla de Propiedades: Sustancia Pura• Para la mayoría de las sustancias, las relaciones entre las

propiedades termodinámicas son muy complejas para

que sean expresadas por simples ecuaciones.• Las propiedades se expresan frecuentemente en forma

tabulada. TABLAS.•

¿Cómo se obtienen estas propiedades?• ¿Cuáles son estas propiedades?


16/32


Tabla de propiedades:• ¿Cómo se obtienen las propiedades?

– Algunas se obtienen a través de mediciones directas. –

Otras no pueden ser medidas fácilmente, sinembargo se pueden calcular a través de las propiedades medidas.

• ¿Cuáles son estas propiedades? –

Presión (P) y Temperatura (T). – Entalpía (H) y Entropía (S).

• Los resultados se presentan en tablas y son únicas paracada sustancia.


17/32

DIPLOMATURA DE ESPECIA LIZAC IÓNEN INGENIERÍA DE PIPINGSuperficie P-v-T para una sustancia

Sustancia que se contraedurante el congelamiento Sustancia que se expandedurante el congelamiento

http://230nsc1.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/pvtsur.html


18/32


Entalpía (H):

Volumen de

control

u 1P 1 v1

u 2P 2 v2

“Es una propiedad compuesta,aplicable a todos los fluidoso portadores de energía”.

H = U (kJ) + PV (kJ)“El producto de la presión con el volumen arroja unidades de energía”

kPa . m 3 = kJkPa . m 3/kg = kJ/kg

bar . m3

= 100 kJ

MPa . m 3 = 1000 kJ psi . ft 3 = 0.18505 Btu

“Esta propiedad se encuentravincuculada con procesos deGeneración de Energía y deRefrigeración”.


19/32


20/32


Líquido y Vapor Saturado:

Vapor

saturado

V fg,cr = 0P

v

Líquidosaturado

V fg3P3

V fg2P2

V fg1P1

vfg,cr < v fg3 < v fg2 < v fg1

La cantidad h fg se conocecomo:“Entalpía de vaporización”o “Calor latente de vaporización”

Un tanque rígido con 50 kg de agua (líquido saturado) a 90ºC.Cuál es la presión y el volumen del tanque?

Psat-90 ºC = 70.182 kPa (Tabla 4) vsat-90 ºC = 0.0010290 m 3/kg (Tabla 4)

V = 0.05145 m 3


21/32


Un tanque rígido con un volumen de 2 pie 3 (vapor saturado) a 50 psiade presión. ¿Cuál es la temperatura y masa del vapor en el tanque?

Factores de conversión:1 m 3 = 35.315 pie 3; 1 psia = 6.894 kPa.

Valores en SI:2 pie 3 = 0.0566 m 3; 50 psia = 344.7 kPa.

Interpolación lineal de temperaturas y presiones :

0.300 133.53

0.3447 T0.350 138.86

T = 138.29 ºC

0.325 0.605790.3447 v g0.350 0.52420

vg = 0.5328 m 3/kg

Rpta. T = 138.29 ºC; m = 0.106 kg ó 0.234 lbm.


22/32


Mezcla Líquido – Vapor:• En el proceso de vaporización la sustancia existe en

fase líquida y fase vapor (proporción).•

La proporción entre las fases se denomina CALIDAD(x).• La Calidad es una propiedad y representa la relación

entre la masa de vapor (m vapor ) y la masa total (m total ).

X = mvaporm total

m total = m vapor + m líquido


23/32


Mezcla Líquido – Vapor:• La calidad no tiene significado en las zonas de líquido

comprimido y vapor sobrecalentado.• Valores de Calidad (x); 0 < x < 1.• Calidad de líquido saturado x f = 0.• Calidad de vapor saturado x g = 1.• Calidad es una propiedad intensiva, que se requiere

para describir un estado en la zona de mezcla líquidovapor saturado.


24/32


Mezcla Líquido – Vapor:• Una mezcla líquido vapor se trata de una combinación

de dos sub-sistemas; líquido saturado y vapor saturado.• La cantidad de masa por cada fase por lo general es

desconocida.

Vapor saturado

(vg)

Líquido saturado(v f )

Mezcla deLíquido y vapor

Saturado


25/32


Mezcla Líquido – Vapor:• Las propiedades de la mezcla serán el valor promedio

de las propiedades de la mezcla líquido-vapor saturado.•

Ejemplo: Considerar un tanque que contiene unamezcla de líquido-vapor saturado . – Volumen específico del líquido saturado = v f . – Volumen específico del vapor saturado = v g. – Volumen específico total = v.

V = V f + V g v.m t = m f .v f + m g.vg


26/32


Mezcla Líquido – Vapor:m t = m f + m g

v.m t = (m t – mg).v f + m g.vg

v.m t = m f .v f + m g.vg

v = (1 – x).v f + x.v g

v = vf + x.v

fg

x = v - v fvfg

P ó T

v

A B C

v-vf

vfgvf v vg

= AB AC


27/32


Mezcla Líquido – Vapor:

u = u f + x.u fg

P ó T

z

A B C

v-vf

vfgz

fz

z

g

h = h f + x.h fg s = s f + x.s fg z = z f + x.z fg

Vapor(vg)

Líquido(v f )

“Si se cuenta con una calidad de 50%, el estado real de lamezcla Líquido - Vapor se encuentra en el centro de

la línea que define ambos estados”.

zf < z < z g


28/32


m3/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kgv u h s

14.674 2437.9 2584.7 8.150214.869 2443.9 2592.6 8.174917.196 2515.5 1687.5 8.447919.512 2587.9 2783.0 8.6882

P=0.01 MPa (45.81 ºC)0.1 bar

ºCT

Sat50

100150

Vapor Sobrecalentado: • Las propiedades de vapor sobrecalentado se encuentran

en la tabla 6.• El estado se puede definir a través de propiedades

independientes.

Presión

Propiedades en condiciones de saturación.

Temperatura saturación.

Temperatura.


29/32


Presión(MPa) T (°C) 50 100 150 200

v (m3/kg) 29.782 34.419 39.043 43.663h(kJ/kg) 2593.4 2688 2783.4 2879.8

s(kJ/kg K) 8.4976 8.77 9.0097 9.2251

0.005[32.88]

Vapor Sobrecalentado: • Las propiedades de vapor sobrecalentado se encuentran

en la tabla 6.• El estado se puede definir a través de propiedades

independientes.

Presión

Temperatura saturación.

Temperatura.


30/32


Líquido comprimido:• Las propiedades de líquido comprimido con respecto a una

variación de 100 veces en la presión, por lo general sólorepresenta un cambio menor al 1%.

• La propiedad más afectada con un cambio en la presión es laentalpía.

• La aproximación más aceptada para la evaluación de las propiedades en la zona de líquido comprimido es considerar el“líquido comprimido” como “líquido saturado” a latemperatura dada.

y ≈ y f a Tv ≈ v f a Tu ≈ u f a T

h ≈ h f a T

“Y” es cualquier propiedad de estado

“ Y f ” corresponde a la propiedad de estado comolíquido saturado.


31/32


• Se cuenta con agua a 80°C y una presión de 5MPa. Determinarla energía interna?

• A una temperatura de 80 ºC, la presión de saturación del agua

es de 47.415 kPa; y como la presión de 5 MPa > P sat, entonesse trata de líquido comprimido.• P = 5 MPa; a T = 80 ºC entonces:

– u = 333.72 kJ/kg. (de otras tablas). –

Para las condiciones de saturación. – u = u f a 80 ºC; u = 334.95 kJ/kg.• Error = (334.95 – 333.72) x 100% / 333.72

Error = 0.36%.

Líquido comprimido:


32/32

1.2. Agua y Fluidos Newtonianos - C1

Documents

Transcript of 1.2. Agua y Fluidos Newtonianos - C1