TABLAS TERMODINÁMICAS ZONA DE MEZCLA ELABORÓ MSc MSc.. EFRÉN GIRALDO TORO REVISÓ PhD CARLOS A. ACEVEDO. Presentación hecha exclusivamente con el objetico de facilitar el aprendizaje.
Contenido
Tablas termodinámicas Región de mezcla Propiedades promedio La calidad
LINC TERMODINÁMICA U NACIONAL
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Tablas termodinámicas Región de mezcla Propiedades promedio La calidad
LINC TERMODINÁMICA U NACIONAL
.
(1)
Tablas de agua saturada: A-4,A-5. A-4E, A-5E (Cengel)
A-4: valor de entrada la T, unidades del SI
A5: valor de entrada la P. Unidades del SI
A-4E, A-5E . Unidades del sistema inglés.
A4: son tablas que se listan para cierta T sat. A esa T corresponde cierta presión a la cual el agua hierve (T saturación: el agua comienza a cambiar a
La Tabla A-4: Región de mezcla
La tabla A-4 da para un estado específico de saturación definido por una temperatura de saturación y una presión de saturación determinados, los valores de las volúmenes específicos para el líquido saturado 100% y para el vapor saturado 100%.
Lo mismo para la energía interna, la entalpía, y la entropía (específicos).
Estas tablas valen para los puntos f (agua saturada 100%) y g (vapor saturado 100%).
En el punto f hay 100 % de líquido saturado y en el punto g habrá 100 % vapor Figura 2
También para toda la línea de saturación fg ( región de mezcla agua saturada y vapor saturado en diversos %).
El ubíndice indica las propiedades para líquido saturado
Lo que significa que para una T de saturación y una presión de saturación correspondiente, el líquido saturado tiene:
Un valor dado de volumen específico .
Otro valor para su energía interna específica .
Cierto valor para su entalpía específica ℎ .
Y otro valor para su entropía específica ℎ .
T 100 % Vapor saturado 100 % Liquido saturado
f
ℎ
Mexcla Líquido sat + vqpor satr
g
Estos valores valen tanto para líquido saturado 100 % como para el líquido saturado en la mezcla http://termoweb.unlugar.com/propiedades.html
Figura 1. Los valores de las propiedades de líquido saturado se emplean para líquido saturado 100% punto f . También se emplean para los
El ubíndice g indica las propiedades para vapor saturado
Lo que significa que para una T de saturación y una presión de saturación correspondiente, el vapor saturado tiene:
Un valor dado de volumen específico .
Su energía interna específica otro valor.
Su entalpía específica ℎ cierto valor.
Y su entropía específica otro valor.
T 100 % Vapor saturado 100 % Liquido saturado
f
Mexcla líquido + vqpor satruado
g
ℎ http://termoweb.unlugar.com/propiedades.html
Los valores de las propiedades de vapor saturado valen para vapor saturado 100% punto g. También se emplean para hacer los Figura 2.
T 100 % Vapor saturado 100 % Liquido saturado
f
Mexcla líquido + vqpor satruado
g
ℎ http://termoweb.unlugar.com/propiedades.html
Figura 3. El subíndice fg denota la diferencia entre el valor de propiedad en g y el valor de la propiedad en f.
Siempre que aparezca el subíndice
indica agua saturada.
Siempre que aparezca el subíndice
indica vapor saturado.
Cuando aparecen los suíndices diferencia entre los valores y f .
significa la
= -
(2)
ℎ = ℎ - ℎ
(3)
= -
(4)
Tabla 1. Agua saturada a diferentes pares . Se observan las propiedades a esos pares de valores de: volumen específico para liq sat y vapor sat,
Tabla A-5. Propiedades Agua saturada: valor de entrada la P
#1
#2
#3,#4
# 5,
# 6, # 7
# 8,
# 9, #10 # 11, # 12, #1
El término ℎ (kJ/kg) es la entalpía de vaporización y es lo mismo que el calor latente de vaporización. Es la energía específica requerida para pasar una unidad de masa (1 kg) de agua saturada a vapor saturado ( a esa T y P).
Región bifásica o de mezcla
Figura 4. Región central de curva. Región de mezca. Basta un solo aumento de un diferencial de calor para comenzar a aparecer vapor saturado, se está dentro de la curva (domo) y en este caso en T= 90 °C y P= 70,18 kPa, por tanto en una región bifásica.
LINC INTERESANTE
La calidad: X
f
g
=
Figura 5. Durante un proceso de vaporización a pesar de que existen dos fases diferentes, una sustancia se puede considerar como una mezcla homogénea de agua saturada y vapor saturado. (Cengel, 2009)
Figura 6. Se asume que los dos estados (agua saturada y vapor saturado) están perfectamente mezclados formando una mezcla homogénea que los representa.
(Cengel, 2009)
Un mezcla de vapor saturado y líquido saturado se puede tratar justamente como eso: como la suma de la cantidad de vapor saturado más la cantidad de agua saturada.
Y aunque se considere una mezcla homogena, para analizar la mezcla adecuadamente se requiere conocer las cantidades de agua saturada y vapor saturado y definir un valor promedio de cada propiedad. También se requiere crear el valor promedio de cada propiedad para la mezcla porque no existe en tablas.
Esto se logra definiendo una propiedad conocida como la calidad X.
La dificultad radica en que es difícil conocer la cantidad de vapor saturado y la cantidad de líquido saturado presentes en la mezcla.
Los valores de las propiedades en los diferentes puntos de la recta (a excepción de y ) de la mezcla, son los valores de las propiedades “promedio” definidas según la ecuación (22) más adelante.
Siempre que se hable de mezcla se tiene una propiedad promedio.
V
Figura 7. para la mezcla siempre se habla de valores promedio.
Un recipiente de un volumen V contiene vapor saturado y líquido saturado.
El volumen que ocupa el líquido saturado es V .
El volumen que ocupa el vapor saturado es V .
El Volumen total V se asume como el volumen promedio de la mezcla y es la suma de V V . También el volumen promedio es igual a la masa total que hay en el recipiente por el volumen específico promedio:
V
V
V
V + V
(5)
(6)
El volumen V del líquido saturado es igual a su masa por el volumen específico V
=
(7)
(8)
Y el del vapor saturado V
Reemplazando (7) y (8) en (5)
V
=V +
(9)
Reemplazando (6) en (9) V V =
+
(10)
V es el volumen total que hay en el recipiente y es por tanto el volumen total de la mezcla. No confundir con específico.
Ahora, se explicará el significado del volumen específico de la mezcla o :
. . .. .
Figura 8. El volumen específico promedio dentro de la campana representa al volumen específico de la mezcla homogénea de líquido saturado y vapor saturado para cada punto. (Ya no se considera solo o por separado, sino su combinación con la calidad para dar á recta , ).
Se define como el volumen específico de la mezcla de líquido saturado más vapor saturado en un punto dado de la recta (a excepción de y ). Existen múltiples diferentes mezclas de líquido saturado y vapor saturado. A cada mezcal le corresponde un diferente dentro de la campana. Uno para cada punto. Lo mismo acontece con las otras propiedades como
Por tanto cualquier propiedad específica para la mezcla dentro de la campana se refiere en primera instancia a una propiedad promedio. Y requiere calcular primero ese valor promedio.
Continuando con el análisis que llevó a la ecuación (10) se tiene:
La masa total dentro del recipiente es la suma de la masa del líquido saturado más la masa vapor saturado :
+
(11)
(12)
Por tanto
Reemplazando ecuación (12) en ecuación (10)
= +
(10)
( ) +
(13)
Despejando :
( ) +
(14)
Ejecutando en lado derecho entre
Se define
+
(15)
(16)
1 +
(17)
+
(18)
= +
(19)
Sacando factor común la X:
= + ( )
(20)
Recordando ecuación (2)
( )
= + .
− ( )
(21)
(22)
(23)
Se observa que generalmente el problema es hallar el valor de calidad puesto que los valores de y se encuentran en las tablas.
