Experiencia #5 COMPORTAMIENTO PVT DE LAS SUSTANCIAS SIMPLES COMPRESIBLES Licenciatura en Ingeniería Industrial – Centro Regional de Chiriquí – Universidad Tecnológica de Panamá
Ruth Pineda 1-735-2357, Karla Isaac 4-788-1579, Ana Caballini 4-774-188
Resumen En el presente informe tiene como finalidad estudiar sobre el comportamiento PVT de las sustancias simples compresibles, La superficie PvT y los diagramas derivados de ésta muestran gráficamente las relaciones que hay entre las propiedades termodinámicas de sustancias puras en sus diferentes fases.
Palabras clave: Presión, temperatura, sustancia Abstract The purpose of this report is to study the PVT behavior of simple compressible substances. The PvT surface and the diagrams derived from it show graphically the relationships between the thermodynamic properties of pure substances in their different phases.
Keywords: Pressure, temperature, substance I.
2. Identificar con claridad las líneas de saturación y las zonas de subenfriado, de mezcla y sobrecalentado para cualquier sustancia; 3. Consolidar el uso de las tablas termodinámicas con los diagramas termodinámicos de las sustancias.
Objetivo
OBJETIVO GENERAL: Representar Procesos Termodinámicos sobre el diagrama PVT de las sustancias simples compresibles.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: METAS:
1. Representar los procesos termodinámicos más comunes sobre un diagrama PVT de las sustancias simples compresibles (Isométrico, isobárico, isotérmico, etc.);
Al finalizar esta experiencia el estudiante será capaz de: 1. Localizar
estados termodinámicos sobre el diagrama PVT y representar los procesos que resultan de la
1
2.
3.
4.
5.
II.
secuencia de esos estados termodinámicos Diferencias los diferentes procesos termodinámicos más comunes (isométrico, isobáricos, isotérmicos, etc. Representar trayectorias sobre el diagrama PVT, según el comportamiento característico de cada propiedad termodinámica. Manejar las Tablas Termodinámicas para identificar estados y zonas termodinámicas, dado dos propiedades Termodinámicas independientes. Apreciar la utilidad de los diagramas y las Tablas termodinámicas para la solución de situaciones termodinámicas diversas.
suficientemente altas y presiones suficientemente bajas. A bajas temperaturas y altas presiones se presentan transiciones a las fases líquida y sólida, estos cambios de fase pueden representarse gráficamente en superficies 2D y 3D. La superficie PvT y los diagramas derivados de ésta muestran gráficamente las relaciones que hay entre las propiedades termodinámicas de sustancias puras en sus diferentes fases.
III.
Organización
Los estudiantes trabajarán en subgrupos de 3 a 5 aproximadamente, y confeccionarán el borrador de la experiencia realizada. Los resultados de cada subgrupo se discuten al final con todos los grupos.
Marco Teórico
IV.
Una sustancia pura es una sustancia
Materiales
- Hojas cuadriculadas y las tablas termodinámicas del H2O;
con una composición química invariante y homogénea, esto quiere decir que si se examina una muestra en cualquier instante, se encuentra que la cantidad relativa de cada una de las especies químicas en el sistema se mantiene igual. Una sustancia pura es homogénea, pero puede existir en más de una fase; por ejemplo, cualquier combinación de las tres fases del agua tiene la misma composición química.
- Espacio físico; - Equipo audiovisual; - Biblioteca e información en línea.
V.
Metodología y Procedimiento
Metodología Sugerida:
A una presión dada, la temperatura de saturación es la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase. Así mismo, a una temperatura dada la presión de saturación es la presión a la que una sustancia pura cambia de fase.
Discusión grupal de los resultados y la experiencia;
Las sustancias reales pueden existir en fase gaseosa sólo a temperaturas
Análisis resultados;
Análisis cuantitativo de los resultados (generación de gráficos, tablas, etc);
2
cualitativo
de
los
-
Investigación complementaria.
Prepare un reporte utilizando las nuevas trayectorias siguientes:
Procedimiento sugerido: 4) Proceso isométrico desde 300 psia y calidad de 80% hasta una Temperatura de 600 F. Localice el proceso sobre el diagrama y coloque los valores de P, v, T del estado inicial y final del proceso; ¿Cuál será la temperatura del agua cuando alcance una calidad de 100% para esta trayectoria?
Cada estudiante individualmente dibuja a mano alzada la curva de saturación del H2O, diferenciando las zona de sub-enfriado y comprimido, la zona de saturación y la zona de sobrecalentado. Identifique el punto crítico sobre la curva; Con ayuda de las tablas termodinámicas del H2O, localice cada estado termodinámico sobre la curva; identifique la forma de la curva y dibuje la trayectoria sobre el diagrama. Las trayectorias son las siguientes:
5) Proceso isobárico desde 100 psia y calidad de 70% hasta una Temperatura de 500F. Trace la trayectoria y coloque el valor de los volúmenes específicos al inicio y al final de la trayectoria. ¿Cuál será el volumen específico del agua cuando el agua alcanza una Temperatura de 400F en esta trayectoria?
1) Proceso isométrico a partir del punto crítico, hasta una presión de 200 psia; represente sobre el diagrama el proceso y coloque el valor numérico de la T y v final del proceso. Apóyese con la Tabla termodinámica en este punto.
VI.
Análisis de Resultados
1) Proceso isométrico a partir del punto crítico, hasta una presión de 200 psia; represente sobre el diagrama el proceso y coloque el valor numérico de la T y v final del proceso. Apóyese con la Tabla termodinámica en este punto.
2) Proceso isotérmico a partir de 200F y entalpía de 100 Btu/lbm hasta una entalpía de 1300 Btu/lbm; represente sobre el diagrama el proceso y coloque el valor numérico de la presión y el volumen específico del estado final; Apóyese con la tabla termodinámica otra vez en este punto;
Datos: Proceso Isométrico: Volumen específico constante
3) Proceso isobárico desde 250 psia y 600 F hasta una Temperatura de 300 F. Represente el proceso sobre el diagrama y coloque el valor del volumen específico final del proceso. Forme grupos de trabajo para discutir y comparar resultados.
3
2) Proceso isotérmico a partir de 200F y entalpía de 100 Btu/lbm hasta una entalpía de 1300 Btu/lbm; represente sobre el diagrama el proceso y coloque el valor numérico de la presión y el volumen específico del estado final; Apóyese connla tabla termodinámica otra vez en este punto.
3) Proceso isobárico desde 250 psia y 600 F hasta una Temperatura de 300 F. Represente el proceso sobre el diagrama y coloque el valor del volumen específico final del proceso.
Datos: constante
Datos: Proceso Isotérmico: Temperatura Constante
4
Proceso
Isobárico: Presión
4) Proceso isométrico desde 300 psia y calidad de 80% hasta una Temperatura de 600F. Localice el proceso sobre el diagrama y coloque los valores de P, v, T del estado inicial y final del proceso; ¿Cuál será la temperatura del agua cuando alcance una calidad de 100% para esta trayectoria?
Datos: Proceso Isométrico: Volumen especifico constante
5) Proceso isobárico desde 100 psia y calidad de 70% hasta una Temperatura de 500F. Trace la trayectoria y coloque el valor de los volúmenes específicos al inicio y al final de la trayectoria. ¿Cuál será el volumen específico del agua cuando el agua alcanza una Temperatura de 400F en esta trayectoria? Datos: Proceso isobárico: Presión Constante
¿Cuál será el volumen específico del agua cuando el agua alcanza una Temperatura de 400F en esta trayectoria?
5
IX.
Bibliografía
1. YUNUS A. CENGEL & MICHAEL
A. BOLES; “TERMODINÁMICA”; McGRAW -HILL. 2. VAN WYLEN & SONNTAG,
“FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA”,LIMUSA.
VII.
Conclusión
En los diagramas de propiedades nos ayudan a comprender mejor y observar de una manera más clara el cambio de fases en un proceso. Estos son fáciles de realizar pero para construirlos se requieren de los cálculos necesarios utilizando las tablas. En estos diagramas identificamos el punto crítico donde el líquido saturado y vapor saturado son idénticos y de esta manera localizamos la fase de mezcla. Finalmente en la frontera derecha está el líquido comprimido y a la izquierda el vapor sobrecalentado ya sea si es un diagrama de T-v o P-v.
VIII. Recomendación
Tener las tablas de termodinámicas y establecer bien el enunciado y datos que nos dan para comprender cual vamos a utilizar
6
