FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR

FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DECALOR

TRABAJO EN CLASE 2

ALGUNAS PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS

1. Según el siguiente gráfico conteste

[pic 1]

a. Qué es temperatura de saturación

La temperatura de Saturación hace referencia a la temperatura de ebullición de un líquido, por ejemplo, en condiciones estándar la temperatura de saturación del agua es de 100 °C.

b. Es correcto decir que la presión es inversamente proporcional a la temperatura

de saturación 𝑇𝑠𝑎𝑡

No, debido a que, si incrementa la presión, también hará falta una mayor temperatura para poder hacer que un fluido llegue a la temperatura de saturación.

c. Estime el valor de la presión a la que debe estar el agua para que hierva a

50𝑜 𝐶

Basándonos en la tabla que nos presenta el ejercicio para que la temperatura de saturación del agua sea de 50°C debe existir una presión de 12.35 kPa.

d. Sabiendo que dentro de una olla de presión se producen presiones de

aproximadamente 3 atmosferas, indique a que temperatura hierve el agua en

su interior.

Para poder realizar este punto nos dirigimos a las tablas del libro precisamente a la A-5 y realizamos una interpolación, sabiendo que 1 atm es igual a 101325 Pa, podemos decir que 3 atm son igual a 303975 Pa. Por lo que podemos determinar que la temperatura de saturación es de:

[pic 2]

2. Según el diagrama de temperatura y volumen específico 𝑇 − 𝑣 y argumentando su

respuesta:

[pic 3]

a. Describa que es lo que sucede en los puntos 1 a 5 del diagrama

Punto 1

Tenemos agua en estado líquido, la cual actúa se calienta y se mantiene en dicho estado.

Punto 2

Tenemos agua a 100°C en el punto de saturación es decir que va a empezar a evaporarse.

Punto 3

Existe una mezcla entre líquido y vapor manteniendo la temperatura.

Punto 4

Tenemos vapor saturado (a 100°C) en el cual no existe agua, pero está cerca del punto de condensación.

Punto 5

Tenemos vapor sobrecalentado o vapor seco el cual se encuentra a una temperatura mayor de 100°C.

b. En las condiciones para las que se realizó el diagrama, ¿entregar calor a un vapor sobrecalentado aumenta la presión de este?

No debido a que la presión consideramos que es constante, si no existiría una temperatura constante a al cual el agua se evapore, pues a mayor presión mayor debe ser la temperatura a la cual el líquido se evapora.

c. ¿Es posible agregar calor a una sustancia y que la temperatura de esta permanezca constante?

Si, en el momento en el que un líquido comprimido llega a liquido saturado hasta que este no sea convierta en vapor saturado en su totalidad no habrá un cambio en la temperatura de la mezcla saturada.

d. ¿El agua que sale de la llave de su casa es un líquido saturado?

No, debido a que la temperatura del agua no se encuentra por debajo de la temperatura de saturación en condiciones estándar que es de 100°C.

e. ¿El vapor dentro de una olla de presión es un vapor sobrecalentado?

No debido a que coexisten líquido y vapor, por lo que existe es una mezcla saturada.

3. Según el diagrama mostrado

[pic 4]

a. Explique el significado de que los segmentos horizontales que unen el punto de líquido saturado con el vapor saturado, en el gráfico de la izquierda, se hacen más cortos a medida que se incrementa la presión.

Se refiere al periodo de evaporación del líquido, pues no aumenta su temperatura hasta que este se haya evaporado por completo

b. ¿Qué sucede en el punto crítico?

El punto crítico es un punto no existe la fase de evaporación, si no que el líquido se convierte en gas de forma directa.

c. Una los puntos que corresponda en el gráfico de la derecha para obtener el gráfico de la izquierda.

[pic 5]

4. Sabiendo que la entalpía se define como:

ℎ = 𝑢 + 𝑃𝑣

a. Explique con un ejemplo, cómo verificaría esta ecuación usando la tabla A5 del texto guía.

[pic 6]

Fijándonos en los valores de la tabla para presión de 1kPa se observa que  y por lo que si sumamos estos 2 valores obtenemos:[pic 7][pic 8]

[pic 9]

El cual es un valor muy aproximado a la entalpía que como se puede observar en la tabla es de 2513.7

b. Se sabe que una sustancia tiene la siguiente información. Estime el valor de ℎ𝑓, ℎ𝑔 y ℎ𝑓𝑔

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

Sabiendo que la entalpía de vaporización ℎ𝑓𝑔: Es la cantidad de energía necesaria para evaporar una masa unitaria de sustancia a una determinada presión.

a. Encuentre la energía necesaria para evaporar un litro de agua que están en una olla en una estufa a nivel del mar.

En base a la tabla A-5 del libro, podemos observar los siguientes datos:

[pic 14]

Donde que es la energía necesaria para evaporar agua al nivel del mar.[pic 15]

b. Compare el resultado anterior con la energía que se requiere para evaporar la misma cantidad de agua en un lugar a 4000 m de altura. (Use también la tabla A-16 del texto guía).

[pic 16]

A una altura de 4000 msnm hay una presión de 61.66 kPa, por lo que mediante una interpolación se podría obtener el valor de la energía necesaria para evaporar agua.

[pic 17]

[pic 18]

Obtenemos que  [pic 19]

c. Explique por qué se requiere más energía en un lugar a más altura.

Se requiere una mayor energía debido a la presión que existe en el aire, pues la entalpía en inversamente proporcional a la presión, por lo que si aumenta la presión se requiere una menor energía, pero si la presión disminuye la energía requerida será mayor.

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