UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA MECANICA AUTOMOTRIZ
LA ENTALPÍA EJERCICIOS DE APLICACIÓN REALIZADO POR: CRISTIAN SÁNCHEZ
CUENCA - ECUADOR
1. OBJETIVOS: a) OBJETIVO GENERAL:
Determinar la función de la entalpia como propiedad termodinámica.
b) OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Conocer el comportamiento de la entalpia. Establecer una relación entre la entalpia y la termodinámica. Resolver una serie de problemas aplicados con la entalpia.
2. MARCO TEORICO. La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Viene del griego ἐνθάλπω que significa enthálpo o agregar calor, en si la entalpia es una magnitud termodinámica, la cual viene simbolizada con la letra “H” mayúscula. La entalpia expresa una medida de cantidad
de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir la capacidad que tiene de intercambiar la energía de un sistema con su entorno. Durante la historia la que hoy conocemos como entalpia, ha pasado por diferentes términos para poder ser denotada, en un principio se pensó que esta palabra fue creada por Émile Clapeyron y Rudolf Clausius a través de la publicación de la relación de Clausius-Clapeyron en The Mollier Steam Tables and Diagrams de 1827, pero el primero que definió y utilizó el término entalpía fue el holandés Heike Kamerlingh Onnes, a principios del siglo XX. En pocas palabras, la entalpia viene a ser una función de estado de la termodinámica, en la cual se puede expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación isobárica, es decir, a presión constante en un sistema termodinámico. Se debe tomar en cuenta que todo objeto que se conozca y se disponga hasta la actualidad está en un proceso termodinámico de manera directa o indirectamente, ya que la temperatura varía las propiedades de todo material, en este caso entonces la entalpia es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema que se use. Principio de mínima entalpía: El segundo principio de la termodinámica establece que todo estado que se encuentre en equilibrio es un estado de entropía máxima, la entropía es otro estado termodinámico que no se abordara en este tema, dicho esto, permite convertirse a este principio en el principio de mínima energía en la representación energética del sistema, es decir se transforma en una representación entálpica invariable, el sistema alcanzara un estado de equilibrio cuando se de una presión y los parámetros termodinámicos varíen de tal forma que la entalpia del sistema sea la mínima posible.
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Clasificación de la entalpia: a) Entalpía de formación. Es, por definición, la variación de entalpía que acompaña a la formación de un mol de compuesto a partir de los elementos que la componen a una presión y temperatura determinadas. Un claro ejemplo que se puede aplicar para este tipo de entalpia es la formación del agua. Claramente podemos definir a la entalpia de formación como la energía necesaria para formar un mol de un compuesto, a partir de sus elementos, es medida a 1 atm de presión y a una temperatura de 298 oK equivalente a 25 oC. Esta entalpia es negativa cuando se trata de una reacción exotérmica, es decir que desprende calor, y es positiva cuando es endotérmica, cuando recibe calor y se presenta nula en los compuestos que se pueden encontrar en la naturaleza. El valor de la entalpía de formación estándar de un compuesto indica la estabilidad del mismo, ya que a mayor calor desprendido en su formación (DH f < 0) mayor será su estabilidad, ya que se necesitará más calor para su descomposición. (1-1) b) Entalpía de combustión. Es la variación de entalpía que se produce en la combustión de un mol de una sustancia. Por definición, las reacciones de combustión son siempre exotérmicas y por lo tanto las entalpias de combustión siempre son negativas, si bien los valores para las combustiones individuales pueden variar. Comúnmente se denota como ∆H com ó ∆Hc. Cuando la entalpía necesaria no es una
combustión, se puede denotar como ∆Htotal. Las entalpias de combustión se miden típicamente utilizando una bomba de calorimetría, y tienen unidades de energía (por lo general kJ); estrictamente hablando, el cambio de entalpía por mol de sustancia quemada es la entalpía estándar molar de combustión. (1-2) c) Entalpía de disolución. Es el calor desprendido o absorbido en la disolución de un mol de cualquier sustancia (sólida, líquida o gaseosa) en agua. Se le puede considerar también como el cambio de entalpía asociado a la disolución de una sustancia en un solvente a presión constante. (1-3) Importancia y unidades de medida de la entalpia. La entalpia termina siendo una parte esencial de la termodinámica, debido a que con ella podemos calcular la variación y el intercambio de energía que existen en los diversos sistemas que nos rodean. Dentro del Sistema Internacional de Unidades, la entalpía se mide habitualmente en KJ/KG, que en principio, se introdujo como unidad de trabajo.
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3. RESOLUCION DE PROBLEMAS: Para la resolución de estos problemas se procederá a resolver mediante el software EES (Engineering Equation Solver) y de la manera normal a través de las tablas. a) 3.55 Regrese al problema 3-54. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto de la presión sobre la masa total de agua en el tanque. Deje variar la presión de 0.1 MPa hasta 1 MPa. Grafique la masa total de agua en función de la presión, y describa los resultados. También, muestre el proceso del problema 3-54 en un diagrama P-v usando la función de graficar propiedades, en el EES. 3-54 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 0.1 m3 de agua líquida y 0.9 m3 de vapor de agua, en equilibrio a 800 kPa. Se transmite calor a presión constante, hasta que la temperatura llega a 350°C.
Ingreso de datos
Solución:
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Diagramas: m-P
P-v
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b) 3-60 Regrese al problema 3-59. Use el programa EES (u otro) para determinar las propiedades indicadas, del líquido comprimido, y compárelas con las que se obtienen usando la aproximación de líquido saturado. 3-59 Determine el volumen específico, la energía interna y la entalpía del agua comprimida a 100°C y 15 MPa, usando la aproximación de líquido saturado. Compare los valores con los que obtenga de las tablas de líquido comprimido.
Ingreso de datos:
Solución:
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c) 3-128 Regrese al problema 3-127. Use el programa EES (u otro) para investigar el efecto de la temperatura de los alrededores sobre la presión de equilibrio final en los tanques. Suponga que la temperatura de los alrededores varía de 10 a 30°C. Trace la gráfica de la presión final en los tanques en función de la temperatura de los alrededores, y describa los resultados. 3-127 Un tanque rígido contiene hidrógeno a 20°C y 600 kPa; se conecta con una válvula a otro tanque rígido de 0.5 m3 que contiene hidrógeno a 30°C y 150 kPa. Se abre la llave y se deja que el sistema llegue al equilibrio térmico con sus alrededores, que están a 15°C. Determine la presión final en el tanque.
Datos:
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Solucion:
Diagrama Tfin - Pfin
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4. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES:
Para poder comprender bien el software EES, es necesario recurrir a las guías que se encuentran en el disco que viene en el libro. Es necesario tener sentido común y de visión para poder interpretar en el programa, para poder colocar las variables correctas. Es necesario que se conozca de programación, ya que para el EES se aplica un poco de variables que es necesario saber de programación para resolver problemas de este tipo.
5. CONCLUSIONES:
Se logró determinar que la entalpia es una propiedad termodinámica que se encarga del cálculo del intercambio de energía que existe en un sistema, sin importar cuál sea este. La entalpia se relaciona directamente con la termodinámica ya que esta es una de sus propiedades, de tal forma que sin entalpia no se podría comprender a la termodinámica. Se pudo resolver los problemas planteados a través del uso del programa EES, el mismo que facilito resolver las gráficas y las ecuaciones.
6. BIBLIOGRAFIA:
CENGEL Y. y BOLES M. Termodinámica, sexta Edición, McGraw-Hill, México, 2010. http://www.100ciaquimica.net/temas/tema5/punto5c.htm http://www.100ciaquimica.net/temas/tema5/punto5b.htm http://www.100ciaquimica.net/temas/tema5/punto5a.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Variaci%C3%B3n_de_la_entalp%C3%ADa_est%C3%A1n dar_de_combusti%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa_de_disoluci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa
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7. ANEXOS Tabla 1-1 Ejemplos de entalpias de formación en condiciones estándar
Tabla 1-2 Ejemplos de entalpia de combustion
Tabla 1-3 Ejemplos de entalpia de disolución.
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