Tema i - Termodinámica Aplicada

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Transcript Tema i - Termodinámica Aplicada

TEMA II

Ecuaciones de Estado Cualquier ecuación que relacione las propiedades termodinámicas de Presión(P), Temperatura (T) y volumen específico (v) se denomina

ecuación de estado.

Gas

Cuanto la temperatura de la sustancia es superior a la temperatura critica (Tc).

Vapor

Cuando el sistema no se encuentra muy distante del estado de saturación.

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• Gas Ideal Robert Boyle: La presión es inversamente proporcional al volumen • J. Charles y J. Gay- Lussac: A presiones bajas el volumen es directamente proporcional a la temperatura

P ↓ V↑ T ↓ V↑

Fuerza de escape Desorden molecular (Entropía)

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Gas Ideal •

Premisas

Es un sistema que posee presiones muy bajas, tendientes a cero • Posee Temperaturas altas, preferiblemente superiores a la crítica • Las moléculas que lo constituyen no interactúan entre sí (Fuerzas intermoleculares débiles o nulas) • La distancia entre las moléculas es relativamente grande comparado con su tamaño.

• Las moléculas que lo componen son esféricas. • El volumen de las moléculas es despreciable respecto al tamaño del sistema.

• Se considera que el sistema posee un volumen infinitamente grande

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Gas Ideal

Criterios

P→0 V→∞ Se ha establecido como criterio que las presiones por debajo de

o 60 psi

se considera una presión baja.

4 bar

Entre más cercana sea la presión del sistema a cero más aproximado estará del concepto de gas ideal

Se consideran de baja densidad Las fuerzas intermoleculares deben ser débiles, como: Van der Waals Dipolo Dipolo Deben tener POLARIDAD baja

Ecuación de Gas Ideal ó Donde: P: Presión v: Volumen específico 𝑅 =

𝑅

𝑢

𝑀 𝑃 = 𝑅 𝑇 𝑣 𝑃𝑣 = 𝑅𝑇

R u : Constante universal de los gases M: Masa molecular (g/gmol, Lb/Lbmol, kg/kgmol)

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Ecuación de Gas Ideal

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅

𝑢

𝑇

Donde: P: Presión V: Volumen (m 3 , L, pie 3 ) n: moles(gmol, Lbmol, kgmol) Para asociar un cambio de estado en la fase de gas ideal podemos emplear la expresión

𝑃

1

𝑉

1

𝑇

1

= 𝑃

2

𝑉

2

𝑇

2 Gases como el aire, oxígeno, hidrógeno, helio, argón, entre otros se aproximan bastante al comportamiento ideal, NO así el vapor

de agua, para esto deberán usarse las tablas

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Gases Reales Factor de Compresibilidad (Z) Este factor se establece como una relación entre el volumen del gas real y el volumen de gas ideal y se emplea para corregir las desviaciones de la idealidad.

Z=v/v gi → v gi =P/RT →

Z=Pv/RT

Se aplica en sistemas de densidad moderada, pero con baja interacción intermolecular.

Z→1 P →0

Cuanto más lejos se encuentre Z de la unidad mayor es la desviación del gas respecto a la idealidad

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Presión Reducida y Temperatura Reducida Según el “criterio de los estados correspondientes para dos parámetros” los gases se comportan de forma similar cuando se comparan a su temperatura y presión reducidas.

𝑃

Presión reducida 𝑃

𝑅

=

𝑃

𝑐 Temperatura reducida 𝑇

𝑅

=

𝑇 𝑇

𝑐 El factor de compresibilidad es aproximadamente el mismo si se compara a la presión y temperaturas reducidas Volumen Pseudoreducido 𝑣 𝑅 = 𝑣 𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑅𝑇 𝑐 /𝑃 𝑐

Carta de Compresibilidad Generalizada • • •

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P R

<<1 Gas ideal

T R

>2 Gas Ideal excepto P R >>1 Desviación del gas ideal cerca del punto crítico

•Van der Walls:

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Ecuaciones de estado cúbicas Hacen referencia a un modelo matemático que define una función para aproximar los datos PVT experimentales. Estas funciones empíricas surgen de ensayos que proporcionaron funciones cúbicas para definir los estados termodinámicos, y varían entre sí dependiendo de los criterios y aproximaciones tomadas en cada caso, cuyo fin es representar el comportamiento PVT para líquidos y vapores en un rango de P y T amplio, y aun así no ser muy compleja.

a V

2 

V

b

 

RT

Tc P Isoterma real Empírica V

Ecuaciones de Van der Waals

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Incluye los efectos no considerados de los gases ideales como las fuerzas intermoleculares y el volumen de la partícula El termino a/v 2 toma en cuenta las fuerzas intermoleculares El termino b el volumen que ocupan las moleculas del gas Presiones bajas y moderadas, no muy distantes de la condición de idealidad, compuestos no polares

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Ecuaciones de Benedict – Webb – Rubbin

𝑃 = 𝑅𝑇 + 𝑉 1 𝑉

2

𝑅𝑇𝐵

0

− A

0

− C

0

T

2

+ 1 𝑉

3

𝑅𝑇𝑏 − 𝑎 + 𝑎 · 𝛼 𝑉

6

𝐶 + 𝑇

2

𝑉

3

𝛾 1 + 𝑉

2 Hidrocarburos, densidades menores a 2,5 veces la densidad crítica (ρc).

𝑒

− 𝛾 𝑉 2

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Ecuaciones de Beattie - Bridgeman 𝑅𝑇 𝑃 = 𝜗 1 − 𝜗𝑇 3 𝐴 = 𝐴 𝐵 = 𝐵 0 0 𝐶 1 − 𝐴 𝜗 + 𝐵 − 𝜗 2 𝑎 1 − 𝜗 𝑏 𝜗 Densidades menores a 0,8 veces la densidad crítica (ρc). a, b, c, A0, B0, son constates.

Comparación de las Ecuaciones de Estado

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