CAPITULO 3: PROPIEDADES VOLUMETRICAS DE FLUIDOS PUROSTERMODINAMICA

CAPITULO 3: PROPIEDADES VOLUMETRICAS DE FLUIDOS PUROS

PROBLEMA 1

Para el agua lquida la compresibilidad isotrmica es conocida por:

Donde c y b son nicamente funciones de la temperatura. Si se comprime 1 kg de agua de manera isotrmica y reversible desde 1 hasta 500 bar a 60 C Cunto trabajo se requiere? A 60 C, b = 2700 bar y c = 0.125 cmg-1.

Datos

c = 0.125 cmg-1.T = 60 C = 333.15 K

b = 2700 barPi = 1 bar

m = 1 kgPf = 500 bar

R =8.314 J/molKR =83.14 cm3bar/molK

PROBLEMA 2

Un metro cubico de un gas ideal a 600 K y 1000 kPa se expande hasta alcanzar cinco veces su volumen inicial de la siguiente manera:

Para cada caso calcule la temperatura y presin final y el trabajo realizado para el gas, Cp = 21 J/molK. Cv = Cp -R

Datos

V1 = 1 m3T1 = 600 K

V2 = 5V1 = 5 m3P1 = 1000 kPa

Cp = 21 J/molK.Cv = 12.6860 J/molK

R =0.0008314 kJ/molKCv = 0.012686 kJ/molK

a) Mediante un proceso isotrmico mecnicamente reversible.

b) Mediante un proceso adiabtico mecnicamente reversible.

c) Mediante un proceso adiabtico, irreversible, en el cual la expansin se hace contra una presin restringente de 100 kPa.Pext = 100 kPa

PROBLEMA 3

Un proceso consta de dos etapas: I) un mol de aire a T = 800 K y P = 4 bar se enfra a volumen constante hasta T = 350 K. 2) Despus el aire se calienta a presin constante hasta que su temperatura llega a 800 K. Si este proceso de dos etapas se reemplaza por una sola expansin isotrmica del aire desde 800 K y 4 bar hasta una presin final P, Cul es el valor de P que hace que el trabajo de los dos procesos sea el mismo?. Suponga la reversibilidad mecnica y considere como un gas ideal con Cp = (7/2)R y Cv = (5/2)R.

Datos

T1 = 800 KP1 =4 bar

T2 = 350 K

Proceso 1Proceso 2

V = cteW1-2 = 0T3 = T1P = cte

PROBLEMA 4

Calcule Z y V para el hexafluoruro de azufre a 75 C y 15 bar mediante las ecuaciones siguiente:

Datos

T = 75 C = 348.15 K

P = 15 bar

R = 83.14 cm3bar/molK

a) La ecuacin virial truncada, ecuacin (3.40), con los valores experimentales siguientes de los coeficientes viriales:

Iteraciones para el Volumen:

b) La ecuacin virial truncada, ecuacin (3.38), con un valor de B obtenido de la correlacin generalizada de Pitzer, ecuacin (3.63).

Datos

T = 348.15 KTc = 318.7 K

P = 15 barPc = 37.6 bar

R = 83.14 cm3bar/molK = 0.286

c) La ecuacin de Redlich/Kwong

Datos

T = 348.15 K = 1

P = 15 bar = 0

= 0.08664 = 0.42748

Iteraciones para Z iniciando con Z = 1

PROBLEMA 5Se utiliza un recipiente de 0.35 m3 para almacenar propano lquido a su presin de vapor. Las consideraciones de seguridad dictan que a una temperatura de 320 K el lquido no debe ocupar ms de 80 % del volumen total del recipiente. Bajo estas condiciones determine las masas de vapor y de lquido dentro del recipiente. A 320 K la presin de vapor del propano es de 16.0 bar.

Datos

T = 320 KP =16.0 bar

Tc = 369.8 KPc = 42.48 bar

V = 0.35 m3Vc = 200 cm3/mol

Zc = 0.276M = 44.097 g/mol

= 0.152

PROBLEMA 6Calcule la densidad del etano lquido a 180 C y 200 bar.

Datos

T = 180 C = 453.15 KP = 200 bar

Tc = 513.9 KPc = 61.48 bar

Vc = 167 cm3/molM = 46.069 g/mol

r =2.28

PROBLEMA 7La definicin del factor de compresibilidad Z, ecuacin (3.10), puede escribirse de la forma mas intuitiva:

Donde ambos volmenes se encuentran a las mismas T y P. Recuerde que un gas ideal es una sustancia modelo que tiene partculas sin fuerzas intermoleculares. Utilice la definicin intuitiva de Z para sostener que:

a) Las atracciones intermoleculares promueven valores de

Cuando , entonces lo cual significa que las atracciones intermoleculares son considerables la causa de esto es que el volumen real del gas es menor al volumen de un gas de comportamiento real.

b) Las repulsiones intermoleculares promueven valores de

Cuando entonces lo que nos muestra que las repulsiones intermoleculares son considerables a causa de que el volumen real del gas es mayor al volumen de un gas con comportamiento ideal.

c) Un equilibrio de atracciones y repulsiones implica que . (Ntese que un gas ideal es un caso especial para el que no hay atracciones ni repulsiones).

Un gas nos infiere que las atracciones y repulsiones se encuentran en un estado en equilibrio, lo que indica que el factor de compresin 1, simula un gas en estado ideal, adems nos permite comparar en este caso que no es lo mismo un estado entre las fuerzas de atraccin y repulsin que un estado donde no existen estas fuerzas.