MANEJO DE TABLAS TERMODINÁMICAS AGUA SATURADA … · Para la mayor parte de las sustancias, las...
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MANEJO DE TABLAS
TERMODINÁMICASAGUA SATURADA 100%
Y VAPOR SATURADO 100%.PASO COMPLETO DE AGUA SATURADA 100% A VAPOR
SATURADO 100%.PROFESOR EFRÉN GIRALDO
Contenido
Repaso curva de calentamiento.
T de saturación y Presión de saturación.
Diagrama T𝑣 y curvas T 𝑣.
Agua saturada y vapor saturado.
Tablas de saturación.
Punto de ebullición.
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GIRALDO TORO 2
3
Agua saturada + Vapor saturado
solo agua saturada
solo vapor
saturado
T y P son constantes:
100 °C y 1 atm
T
vFigura 1. Agua líquida comprimida, mezcla de agua saturada y vapor
saturado, vapor sobrecalentado a 1atm. 3
Volviendo a los puntos f y g delíquido saturado 100 % y vaporsaturado 100%
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Para la mayor parte de las sustancias, las relaciones
entre propiedades termodinámicas son demasiado
complejas para expresarse por medio de ecuaciones
simples, por lo tanto, las propiedades suelen
presentarse en forma de tablas.
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Tablas de agua saturada: A-4,A-5. A-4E, A-5E
A-4: valor de entrada la T, unidades del SI
A5: valor de entrada la P. Unidades del SI
A-4E, A-5E, A-6E,A-7E. Unidades del sistema
inglés.
A4: son tablas que se listan para cierta T sat.A esa T corresponde cierta presión a la cual elagua hierve (T saturación: el agua comienza acambiar a gas). Tabla A-4 en libro de Gengel.
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Estas tablas valen para los puntos f (agua saturada) y g (vapor saturado).
En el punto f hay 100 % de líquido saturado y en el punto g habrá 100 % vapor Figura .
También para toda la línea de saturación fg ( región de mezcla agua saturada y vapor saturado)
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Siempre que aparezca el subíndice 𝑓
indica agua saturada.
Siempre que aparezca el subíndice 𝑔
indica vapor saturado saturada.
Cuando aparecen los suíndices 𝑓𝑔 significala diferencia entre los valores 𝑔 y f
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Figura 2. Diagrama T𝑣 𝑦 las diferentes regiones de una
curva T𝑣. Las tablas de saturación se emplean en el punto f
de agua saturada total o 100 %, en la región de mezcla f𝑔y en el punto g de vapor saturado total o 100 % vapor.
f g
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(líquido + vqpor ) satruado
T
Mexcla
100 %
Liquido saturado
100 %
Vapor saturado
13
Otras propiedades que aparecen en las tablas de saturación además de la T de saturación y la presión de saturación son:
El volumen específico 𝑚3
𝑘𝑔
La energía interna específica 𝑘𝐽
𝑘𝑔
La entalpía específica 𝑘𝐽
𝑘𝑔
La entropía específica 𝑘𝐽
𝑘𝑔
Liquido saturado
Vapor saturado
Liquido saturado
Vapor saturado
Liquido saturado
Vapor saturado
Liquido saturado
Vapor saturado
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Si se tiene una propiedad específica como
por ejemplo el volumen específico 𝑚3
𝑘𝑔,
para convertirlo en volumen total V 𝑚3, basta multiplicar por la masa total
𝑉 = 𝑚 𝑣 (kg𝑚3
𝑘𝑔)= 𝑚3
𝑉 = 100𝑘𝑔 ∗ 0,001036𝑚3
𝑘𝑔=0,1 𝑚3
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Tabla 1. Agua saturada a diferentes pares 𝑇 𝑠𝑎𝑡 𝑦 𝑃𝑠𝑎𝑡 . Se observa también las
propiedades a esos pares de valores del: volumen específico 𝑣𝑓 para liq sat y 𝑣𝑔vapor sat, energía interna para liq sat y vapor sat, entalpía y entropía para liq sat y
vapor sat(Cengel, 2009)
Tabla de propiedades para el agua saturada y el 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, #13
Tabla 2. Propiedades del agua saturada: valor de entrada la P17
En la tabla anterior se observa que laprimera columna lista los valores de lapresión de saturación.
La segunda columna muestra latemperatura de saturación para la presióndada
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En la tercera y cuarta columna tenemosel volumen específico del líquido saturado𝑣𝑓, y del vapor saturado 𝑣𝑔.
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En la quinta, sexta y séptima columna,tenemos la energía interna específica dellíquido saturado 𝑢𝑓 , 𝑣𝑓𝑔 la diferencia en
energía interna entre el líquido saturado yel vapor saturado y 𝑢𝑔 del vapor
saturado.
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En la ocho, nueve y diez columnas,tenemos ℎ𝑓 la entalpía específica del
líquido saturado, ℎ𝑓𝑔 la diferencia en
entalpía, entre el líquido saturado y elvapor saturado y ℎ𝑔 entalpía del vapor
saturado.
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El término ℎ𝑓𝑔 (kJ/kg) es la entalpía de
vaporización y es lo mismo que el calorlatente de vaporización.
Es la energía específica requerida parapasar una unidad de masa (kg) de aguasaturada a vapor saturado ( a esa T y P).
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En la once, doce y trece columna,tenemos 𝑠𝑓 la entropía específica del
líquido saturado, 𝑠𝑓𝑔 la diferencia en
entropía, entre el líquido saturado y elvapor saturado y 𝑠𝑔 entropía del vapor
saturado
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𝑣f : volumen específico del líquido saturado
𝑣g : volumen específico del vapor saturado
𝑣fg : diferencia entre 𝑣g y 𝑣f
𝑣fg = (𝑣g -𝑣f)
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T: 80 °C
1000 kg
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80 °C
T
Un recipiente de acero contiene 1000 kg de solo agua
líquida saturada a 80 °C. Hallar la presión en el tanque
, el volumen y la densidad.
Modificado de:
Figura 3. Curva Tv para el agua saturada a 80 °C
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Hay solo agua saturada a 80 °C.
Esta es la T sat. En la tabla A4 se buscapara esa T la correspondiente P sat:
47,4 kPa.
Esta es la presión en el tanque.
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Para 80 °C el volumen específico 𝑣𝑓 del
líquido saturado es: 0,001029𝑚3
𝑘𝑔
V=m 𝑣𝑓
V=1000 𝑘𝑔 ∗ 0,001029𝑚3
𝑘𝑔= 1, 029 𝑚3
𝜌 =1
𝑣=
1
0,001029𝑚3
𝑘𝑔
= 971,8𝑘𝑔
𝑚3
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Llega un momento donde todo el líquidosaturado ha pasado a vapor saturado. Hay 100%de vapor saturado en este punto. Y este es justoel punto límite hasta donde habrá vaporsaturado.
Figura 4. Punto de vapor saturado total
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De ahí en adelante un solo aumento deun diferencial de calor y se pasa a vaporsobrecalentado afuera del domo. Y ya novalen estas tablas de saturación.
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5𝑓𝑡3
V: 5𝑓𝑡3
P: 60 psi
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T= ?60 psi
En tabla A-5E (para unidades inglesas con la P como valor de entrada se tiene):
Para 60 psi 292.69 °F
𝑣𝑔= 7,1766 𝑚3
𝑘𝑔
V= m𝑣𝑔 m = 𝑉
𝑣𝑔=
5𝑓𝑡3
7,1766 𝑓𝑡3
𝑙𝑏𝑚
=0,697 kg
Un recipiente metálico contiene de solo vapor
saturado a 60 psi. Hallar la T y la masa en el interior del
recipiente.
Figura 5. Punto de vapor saturado total para una Psat= 60 psi.
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Una masa de 500 kg de agua líquidasaturada dentro de un cilindro-pistón a unapresión constante de 150 kPa se conviertecompletamente a vapor saturado.
Hallar la temperatura de saturación, elcambio de volumen y la cantidad de calortransferido para para lograr el cambio deestado
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El cambio de volumen específico ∆𝑣 en el proceso es
𝑣𝑓𝑔 = 𝑣𝑔 – 𝑣𝑓
En tabla A5 para 150 kPa se tiene: 111,35 °C
𝑣𝑓 = 0,001053 𝑚3
𝑘𝑔𝑣𝑓 = 1,1594
𝑚3
𝑘𝑔
El cambio de volumen total ∆V es igual a la masa porel cambio de volumen específico
∆𝑽 = 𝒎 ∗ 𝑣𝑓𝑔= 500 kg*1,158347 𝑚3
𝑘𝑔= 579,17 𝑚3
Figura 6. Cambio de volumen específico durante el paso de líquido
saturado total a vapor saturado total, para una Psat = 150 kPa. 33