Formulario térmico (termodinámica)
Enviado por Edhgar Hall • 5 de Mayo de 2021 • Apuntes • 2.590 Palabras (11 Páginas) • 95 Visitas
Formulario térmico (termodinámica) |
Modelos termodinámicos de sustancias 2
Modelo de gas perfecto 2
Modelo de líquido perfecto 2
Modelo de sustancia pura perfecta 2
Modelo de mezcla homogénea perfecta 2
Modelo de mezcla bifásica binaria ideal 3
Energía 4
Trabajo 4
Calor 4
Ecuación de la energía mecánica y ecuación de la energía interna 4
Balance energético en sistemas abiertos 4
Entropía y exergía 5
Irreversibilidad y rendimientos 5
Balances de magnitudes aditivas en volumen de control ([pic 1]=0 si VC fijo) 5
Potenciales, ecuaciones de estado, y coeficientes 6
Cambio de fase en sustancias puras 7
Mezclas 8
Mezclas monofásicas 8
Mezclas bifásicas 9
Equilibrio líquido-vapor 9
Equilibrio líquido-sólido_no_volátil 9
Equilibrio líquido-gas_condensable 9
Equilibrio líquido-gas_no_condensable 9
Propiedades coligativas 9
Aire húmedo 10
Mezclas reactivas. Combustión 11
Máquinas térmicas: motores, frigoríficos y bombas. Rendimientos 12
Transmisión de calor (conducción, convección, radiación, cambiadores)
Modelos termodinámicos de sustancias
Modelo de gas perfecto
Gas perfecto = gas ideal (moléculas independientes, i.e. pV=mRT) y caloríficamente perfecto (T lineal con Q, i.e. cv=cte). p y T han de ser valores absolutos (0 ºC≡273,15 K), y R≡Ru/M, con Ru=8,3 J/(mol∙K). (Ver datos)
Ecuación de estado (térmica): pV=mRT=nRuT o p=ρRT.
Ecuación de estado energética: U=mcvT.
Evolución adiabática y sin fricción: pVγ=cte (o T/p(γ−1)/γ=cte), con γ≡cp/cv y cp−cv=R.
Entalpía y entropía específicas: h=cpT, [pic 2].
Modelo de líquido perfecto
Líquido perfecto = líquido ideal (incompresible e indilatable, i.e. ρ=cte) y caloríficamente perfecto (T lineal con Q, i.e. c=cte). (Ver datos). El modelo de sólido perfecto es similar (Ver datos).
Ecuación de estado (térmica): ρ=cte.
Ecuación de estado energética: U=mcT.
Ecuación de la hidrostática: p=−ρgz (para gases es la misma en forma diferencial).
Entalpía y entropía específicas: [pic 3], [pic 4].
Modelo de sustancia pura perfecta
Combinación de los modelos de líquido perfecto y de gas perfecto, y de la ecuación de Clapeyron. No vale cerca del punto crítico ni a muy altas presiones. Queda definido por las constantes: M (masa molar), cp (capacidad térmica del gas), Tb (temperatura de ebullición, a p0=100 kPa), hLVb (entalpía de ebullición), ρ (densidad del líquido), y c (capacidad térmica del líquido). La ecuación de Clapeyron es:
[pic 5] (se usa más la correlación de Antoine: [pic 6])
Funciones termodinámicas tomando como referencia el estado líquido en el punto triple (hliq,tr=0 y sliq,tr=0; el punto triple se puede aproximar por la temperatura de fusión, Ttr≈Tf, y la presión de vapor correspondiente, ptr=pV(Tf)):
- Entalpía y entropía específicas en estado líquido (i.e. cuando p>psat(T), incluyendo líquido saturado):
[pic 7], [pic 8].
- Entalpía y entropía específicas en estado vapor (i.e. cuando p<psat(T), incluyendo vapor saturado):
h=c(Tb−Ttr)+hLVb+cp(T−Tb), [pic 9].
- Entalpía y entropía específicas en estado bifásico (i.e. cuando p=psat(T)), en función de x≡mV/(mV+mL):
h=(1−x)hL+xhV, s=(1−x)sL+xsV, siendo L y V los estados saturados calculados como se ha indicado.
Modelo de mezcla homogénea perfecta
Una mezcla homogénea multicomponente monofásica (de gases o líquidos) se dice que es ideal si al mezclarse no se calienta/enfría ni se expande/contrae. Para cálculos volumétricos y energéticos puede aplicarse el modelo de sustancia pura perfecta con: [pic 10], [pic 11], pero la entropía de la mezcla es mayor que la de los componentes por separado, con un [pic 12], siendo xi las fracciones molares. Con fracciones másicas también vale [pic 13] y [pic 14], pero [pic 15],solo vale con fracciones molares.
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