¡Descarga Tema 6 - Propiedades termodinamicas y más Apuntes en PDF de Termodinámica Aplicada solo en Docsity! 1 Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 1 TEMA 6. PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE LOS FLUIDOS Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 2 TEMA 6. PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE LOS FLUIDOS INTRODUCCIÓN EXPRESIONES PARA LA EVALUACIÓN DE UNA PROPIEDAD EN FASES HOMOGÉNEAS ECUACIONES DE MAXWELL ENTALPÍA Y ENTROPÍA COMO FUNCIONES DE T y P ENERGÍA INTERNA Y ENTROPÍA COMO FUNCIONES DE T y V LA ENERGÍA DE GIBBS COMO FUNCIÓN GENERADORA SISTEMAS DE DOS FASES ECUACIÓN DE CLAPEYRON 2 Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 3 INTRODUCCIÓN La regla de las fases establece el número de propiedades intensivas que deben fijarse para definir el estado termodinámico de un sistema. Esto implica que el resto de variables termodinámicas quedan definidas La regla de las fases no ofrece información sobre cómo realizar el cálculo de estas otras propiedades Los valores numéricos de las propiedades termodinámicas son esenciales para el cálculo del trabajo y calor de los procesos industriales OBJETIVO Desarrollar las relaciones de propiedades fundamentales a partir del primer y segundo principio de la termodinámica Derivar ecuaciones que permitan el cálculo de la energía interna, entalpía y la entropía a partir de datos P-V-T y de capacidad calorífica (CP y CV) de fluidos Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 4 EXPRESIONES PARA LA EVALUACIÓN DE UNA PROPIEDAD EN FASES HOMOGÉNEAS rev revdU = dQ + dW revdW = -PdV revdQ = TdS dU = TdS - PdV Esta ecuación se puede aplicar a todo tipo de procesos (reversibles e irreversibles) El único requerimiento es que el sistema sea cerrado y que el cambio ocurra entre estados de equilibrio Esta relación contiene únicamente propiedades del sistema Las propiedades son funciones de estado El sistema: puede consistir de una única fase (homogéneo) o estar compuesto por varias fases (sistema heterogéneo) puede ser inerte o puede sufrir una reacción química P, T, V, U, S Prop. termodinámicas primarias 5 Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 9 EXPRESIONES PARA LA EVALUACIÓN DE UNA PROPIEDAD EN FASES HOMOGÉNEAS ENTALPÍA Y ENTROPÍA COMO FUNCIONES DE T y P P T S S dS = dT + dP T P ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ P P dT V dS = C - dP T T ∂⎛ ⎞ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ dH = TdS + VdP P p P H S = C = T T T ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 1/dT P=cte Ec. de Maxwell T P S V = - P T ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ S = S(T,P) Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 10 EXPRESIONES PARA LA EVALUACIÓN DE UNA PROPIEDAD EN FASES HOMOGÉNEAS ENTALPÍA Y ENTROPÍA COMO FUNCIONES DE T y P GASES IDEALES ig P V R = T P ⎛ ⎞∂ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ ig ig P P V dH = C dT + V - T dP T ⎡ ⎤⎛ ⎞∂ ⎢ ⎥⎜ ⎟∂⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ ig P P dT V dS = C - dP T T ⎛ ⎞∂ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ ig ig pdH = C dT ig ig p dT dP dS = C - R T P LÍQUIDOS P 1 V = V T β ∂⎛ ⎞ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ P P V dH = C dT + V - T dP T ⎡ ⎤∂⎛ ⎞ ⎢ ⎥⎜ ⎟∂⎝ ⎠⎣ ⎦ P P dT V dS = C - dP T T ∂⎛ ⎞ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ PdH = C dT + (1- T)VdPβ P dT dS = C - VdP T β 6 Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 11 EXPRESIONES PARA LA EVALUACIÓN DE UNA PROPIEDAD EN FASES HOMOGÉNEAS ENERGÍA INTERNA Y ENTROPÍA COMO FUNCIONES DE T y V V T U U dU = dT + dV T V ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ V V P dU = C dT + T - P dV T ⎡ ⎤∂⎛ ⎞ ⎢ ⎥⎜ ⎟∂⎝ ⎠⎣ ⎦ dU = TdS - PdV V V U = C T ∂⎛ ⎞ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ T T U S = T - P V V ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ T V S P = V T ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ T V U P = T - P V T ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 1/dV T=cte Ec. de Maxwell U = U(T,V) T V U P = T - P V T ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 12 EXPRESIONES PARA LA EVALUACIÓN DE UNA PROPIEDAD EN FASES HOMOGÉNEAS ENERGÍA INTERNA Y ENTROPÍA COMO FUNCIONES DE T y V V T S S dS = dT + dV T V ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ V V dT P dS = C + dV T T ∂⎛ ⎞ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ dU = TdS - PdV V V V U S = C = T T T ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 1/dT V=cte Ec. de Maxwell T V S P = V T ∂ ∂⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ S = S(T,V) 7 Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 13 EXPRESIONES PARA LA EVALUACIÓN DE UNA PROPIEDAD EN FASES HOMOGÉNEAS GASES IDEALES ig V P R = T V ∂⎛ ⎞ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ V V P dU = C dT + T - P dV T ⎡ ⎤∂⎛ ⎞ ⎢ ⎥⎜ ⎟∂⎝ ⎠⎣ ⎦ V V dT P dS = C + dV T T ∂⎛ ⎞ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ ig ig VdU = C dT ig ig V dT dV dS = C + R T V LÍQUIDOS V V P dU = C dT + T - P dV T ⎡ ⎤∂⎛ ⎞ ⎢ ⎥⎜ ⎟∂⎝ ⎠⎣ ⎦ V V dT P dS = C + dV T T ∂⎛ ⎞ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ VdU = C dT + (T - P)dV β κ V dT dS = C + dV T β κ ENERGÍA INTERNA Y ENTROPÍA COMO FUNCIONES DE T y V V P = T β κ ∂⎛ ⎞ ⎜ ⎟∂⎝ ⎠ Te m a 6 – P ro pi ed ad es T er m od in ám ic as d e lo s Fl u id os 14 Las transiciones de fases van acompañadas de cambios abruptos en los valores molares de las propiedades termodinámicas extensivas (V, U, H, S) SISTEMAS DE DOS FASES
