TERMODINÁMICA BÁSICA.
EJERCICIOS RESUELTOS YPROPUESTOS DETERMODINÁMICABÁSICA.PARA ESTUDIANTES DE INGENIERÍA,CIENCIA Y TECNOLOGÍA.CAPÍTULO 2: MANEJO DE TABLAS DEPROPIEDADES TERMODINÁMICAS.Ing. Willians Medina.Maturín, enero de 2018.
Capítulo 2.Manejo de tablas de propiedades termodinámicas.CONTENIDO.CONTENIDO. . 2PRESENTACIÓN. . 5ACERCA DEL AUTOR. . 72.1.- PRELIMINARES. . 92.2.- TABLAS DE PROPIEDADES. . 23Entalpía, una propiedad de combinación. . 23Estados de líquido saturado y de vapor saturado. . 24Mezcla saturada de líquido – vapor. . 24Vapor sobrecalentado. . 28Líquido comprimido. . 28Problema: Caracterizar el estado de una sustancia. 30Caso I: Dado el estado y la temperatura (T). . 31Ejemplo 2.1. Presión de un líquido saturado en un tanque. Ejemplo 2.1 del Çengel.Cuarta Edición. Página 78. Ejemplo 3.1 del Çengel. Quinta Edición. Página 128.Ejemplo 3.1 del Çengel. Séptima Edición. Página 128. . 32Ejemplo 2.2. Presión y volumen de una mezcla saturada. Ejemplo 2.4 del Çengel.Cuarta Edición. Página 80. Ejemplo 2.4 del Çengel. Quinta Edición. Página 131.Ejemplo 2.4 del Çengel. Séptima Edición. Página 131. . 32Ejemplo 2.3. Problema 3.11 del Moran – Shapiro. Segunda Edición. Página 138. 32Caso II: Dado el estado y la presión (P). . 32Ejemplo 2.4. Problema 2.46 del Çengel. Cuarta Edición. Página 113. Problema 3.48 delÇengel. Quinta Edición. Página 156. . 33Ejemplo 2.5. Problema 1.11 del Moran – Shapiro. Segunda Edición. Página 32. 33Ejemplo 2.6. Problema 2.44 del Çengel. Cuarta Edición. Página 113. Problema 3.46 delÇengel. Quinta Edición. Página 156. . 34Ejemplo 2.7. Temperatura de un vapor saturado en un cilindro. Ejemplo 2.2 del Çengel.Cuarta Edición. Página 78. Ejemplo 3.2 del Çengel. Quinta Edición. Página 128.Ejemplo 3.2 del Çengel. Séptima Edición. Página 128. . 34Ejemplo 2.8. Cambio de energía y de volumen durante la evaporación. Ejemplo 2.3 delÇengel. Cuarta Edición. Página 78. Ejemplo 3.3 del Çengel. Quinta Edición. Página128. Ejemplo 3.3 del Çengel. Séptima Edición. Página 128. . 35Caso III: Dada la presión (P) y la temperatura (T). . 35Procedimiento 1. . 35Procedimiento 2. . 36Ejemplo 2.9. Problema 3.16 b) y e) del Van Wylen. Segunda Edición. Página 82. . 38Ejemplo 2.10. Energía interna del vapor sobrecalentado. Ejemplo 2.6 del Çengel.Cuarta Edición. Página 82. Ejemplo 3.6 del Çengel. Quinta Edición. Página 133.Ejemplo 3.6 del Çengel. Séptima Edición. Página 133. . 39Ejemplo 2.11. Aproximación de un líquido comprimido a un líquido saturado. Ejemplo2.8 del Çengel. Cuarta Edición. Página 83. Ejemplo 3.8 del Çengel. Quinta Edición.Página 134. Ejemplo 3.8 del Çengel. Séptima Edición. Página 134. . 39Termodinámica. Ing. Willians Medina.https://www.tutoruniversitario.com/2
Capítulo 2.Manejo de tablas de propiedades termodinámicas.Ejemplo 2.12. Entalpía de un líquido comprimido. Ejemplo 2.15 del Çengel. CuartaEdición. Página 105. . 39Ejemplo 2.13. Problema 3.8 del Moran – Shapiro. Segunda Edición. Página 138. 40Ejemplo 2.14. Problema 2.50 del Çengel. Cuarta Edición. Página 113. Problema 3.52del Çengel. Quinta Edición. Página 157. Problema 3.65 del Çengel. Séptima Edición.Página 158. 40Ejercicios propuestos. . 40Caso IV. Dada la temperatura (T) y el volumen específico (v). . 43Ejemplo 2.15. Problema 3.7 del Moran – Shapiro. Segunda Edición. Página 138. 44Ejemplo 2.16. Ejemplo 3.4 del Wark. Sexta Edición. Página 102. . 44Ejemplo 2.17. . 44Ejemplo 2.18. Problema 2.52 del Çengel. Cuarta Edición. Página 113. Problema 3.54del Çengel. Quinta Edición. Página 157. Problema 3.66 del Çengel. Séptima Edición.Página 158. 45Ejemplo 2.19. Problema 6.25 del Smith – Van Ness. Séptima Edición. Página 243. . 45Ejemplo 2.20. Problema 3.18 a) y c) del Van Wylen. Segunda Edición. Página 82. . 45Ejemplo 2.21. Problema 3.18 a) y c) del Van Wylen. Segunda Edición. Página 82. . 45Ejercicios propuestos. . 46Caso V. Dada la presión (P) y el volumen específico (v). . 48Ejemplo 2.22. Problema 3.18 c) del Van Wylen. Segunda Edición. Página 82. . 49Ejemplo 2.23. Problema 3.18 a) del Van Wylen. Segunda Edición. Página 82. . 49Ejemplo 2.24. . 49Ejemplo 2.25. Problema 2.51E del Çengel. Cuarta Edición. Página 113. Problema3.53E del Çengel. Quinta Edición. Página 157. 50Ejemplo 2.26. Problema 5.5 b) del Van-Wylen. Segunda Edición. Página 179. . 50Ejemplo 2.27. Temperatura de un vapor sobrecalentado. Ejemplo 2.7 del Çengel.Cuarta Edición. Página 82. Ejemplo 2.7 del Çengel. Quinta Edición. Página 133.Ejemplo 2.7 del Çengel. Séptima Edición. Página 133. . 50Ejemplo 2.28. Propiedades de una mezcla de vapor-líquido saturado. Ejemplo 2.5 delÇengel. Cuarta Edición. Página 81. Ejemplo 3.5 del Çengel. Quinta Edición. Página131. Ejemplo 3.5 del Çengel. Séptima Edición. Página 131. . 51Ejemplo 2.29. Ejemplo 3.3 del Van Wylen. Segunda Edición. Página 78. . 51Ejemplo 2.30. . 51Ejemplo 2.31. . 52Ejemplo 2.32. Problema 3.31 del Van Wylen. Segunda Edición. Página 83. . 52Ejercicios propuestos. . 52Caso VI. Dada la temperatura (T) y la calidad (x). . 54Ejemplo 2.33. Problema 3.23 e) del Van Wylen. Segunda Edición. Página 83. . 54Ejemplo 2.34. . 54Ejemplo 2.35. Problema 3.27 del Wark. Sexta Edición. Página 124. . 55Ejemplo 2.36. Problema 3.13 del Moran – Shapiro. Segunda Edición. Página 138. 55Ejemplo 2.37. Problema 3.10 del Moran – Shapiro. Segunda Edición. Página 138. 55Ejemplo 2.38. Problema 3.12 del Moran – Shapiro. Segunda Edición. Página 138. 55Termodinámica. Ing. Willians Medina.https://www.tutoruniversitario.com/3
Capítulo 2.Manejo de tablas de propiedades termodinámicas.Ejemplo 2.39. Problema 3.28I del Wark. Sexta Edición. Página 124. . 55Ejemplo 2.40. . 56Ejemplo 2.41. . 56Ejercicios propuestos. . 56Caso VII. Dado el volumen específico y la calidad. . 57Ejemplo 2.42. Problema 3.24 b) del Van Wylen. Segunda Edición. Página 83. . 58Ejemplo 2.43. . 58Ejercicios propuestos. . 58Caso VIII. Dadas dos propiedades específicas. . 59Ejemplo 2.44. . 59Ejemplo 2.45. Problema 5.5 a) del Van Wylen. Segunda Edición. Página 179. . 60Ejemplo 2.46. . 60Ejemplo 2.47. . 60Ejercicios propuestos. . 60BIBLIOGRAFÍA. . 62TÍTULOS DE LA SERIE PROBLEMAS RESUELTOS Y PROPUESTOS DETERMODINÁMICA BÁSICA. 63OBRAS DEL MISMO AUTOR. . 64Termodinámica. Ing. Willians Medina.https://www.tutoruniversitario.com/4
Capítulo 2.Manejo de tablas de propiedades termodinámicas.PRESENTACIÓN.El presente es un Manual de Ejercicios de Termodinámica para estudiantes deIngeniería, Ciencia y Tecnología dictada en las carreras de Ingeniería Industrial, Mecánica,Química y de Petróleo de reconocidas Universidades en Venezuela y Latinoamérica.El material presentado no es en modo alguno original, excepto la solución dealgunos ejemplos con una metodología que ofrece mejor comprensión por parte delestudiante así como la inclusión de las respuestas a ejercicios seleccionados y sucompilación en atención al contenido programático de la asignatura y al orden de dificultadde los mismos.Dicho manual ha sido elaborado tomando como fuente la bibliografía especializadaen la materia y citada al final de la obra, por lo que el crédito y responsabilidad del autorsólo consiste en la organización y presentación en forma integrada de información existenteen la literatura.Este manual, cuyo contenido se limita al uso de las tablas de propiedadestermodinámicas, específicamente a la estimación de las propiedades de un sistema enequilibrio, contiene los fundamentos teóricos, 46 ejercicios resueltos paso a paso y 29ejercicios propuestos para su resolución, y es ideal para ser utilizada por estudiantesautodidactas y/o de libre escolaridad (Universidad Abierta) y por estudiantes que estántomando un curso universitario de Termodinámica, así como por profesores que esténimpartiendo clases en el área de enseñanza de Termodinámica para estudiantes deIngeniería, Ciencia y Tecnología.Los conocimientos previos requeridos para abordar los temas incluidos en estemanual son: dimensiones y unidades relativas a presión, conversión de unidades, prefijospara potencias de diez (kilo, mega etc), operaciones matemáticas básicas e interpolaciónlineal.El manejo de las tablas de propiedades termodinámicas de sustancias puras esfundamental en el estudio de la Termodinámica, pues dichas tablas son la herramientaTermodinámica. Ing. Willians Medina.https://www.tutoruniversitario.com/5
Capítulo 2.Manejo de tablas de propiedades termodinámicas.disponible para conocer las propiedades de las sustancias involucradas en el estudio de estamateria en los diferentes contenidos que abarca (cálculo de propiedades termodinámicas desustancias puras, trabajo, calor, primera ley de la termodinámica, segunda ley de laTermodinámica), y en este manual el autor presenta de manera clara y rigurosa el espectrode situaciones involucradas en el manejo de las tablas de propiedades en función del estadode la sustancia y una propiedad conocida y la combinación de propiedades intensivas(presión y temperatura) y extensivas (volumen, energía interna, entalpía y entropíaespecíficas).Una vez comprendidos los conocimientos involucrados en este manual, el estudiantepuede abordar sin mayor dificultad el tema correspondiente a cálculo de propiedadestermodinámicas de sustancias puras.Finalmente, se agradece infinitamente la dispensa y atención a esta modestacontribución en la enseñanza y aprendizaje de la Termodinámica, así como las sugerenciasque tengan a bien para mejorar este trabajo, las cuales pueden hacer llegar directamente através del teléfono: 58-424-9744352, correo electrónico: medinawj@udo.edu.ve ómedinawj@gmail.com, twitter: @medinawj ó personalmente en la sección de Matemáticas,Universidad de Oriente, Núcleo de Monagas.Ing. Willians Medina.Termodinámica. Ing. Willians Medina.https://www.tutoruniversitario.com/6
Capítulo 2.Manejo de tablas de propiedades termodinámicas.ACERCA DEL AUTOR.Willians Medina (Barcelona, 1972) es Ingeniero Químico (1997), egresado de laUniversidad de Oriente, Núcleo de Anzoátegui, Venezuela y recientemente (2016) culminósus estudios conducentes al grado de Magister Scientiarum en Ciencias Administrativasmención Finanzas en el Núcleo de Monagas de la misma Universidad. Fue becado porLAGOVEN S.A (Filial de Petróleos de Venezuela, PDVSA) para cursar sus estudiosuniversitarios de pregrado y durante el transcurso de su carrera universitaria se desempeñócomo preparador docente en el área de Laboratorio de Química I y TermodinámicaAplicada de la carrera de Ingeniería Química de la referida Universidad. En 1996 ingresó ala Industria Petrolera Venezolana, (PDVSA), desempeñando el cargo de Ingeniero deProcesos en la Planta de Producción de Orimulsión, en Morichal, al sur del EstadoMonagas hasta el año 1998, momento en el cual comenzó su desempeño en la mismacorporación como Ingeniero de Manejo de Gas en el Complejo Operativo Jusepín, al nortedel Estado Monagas hasta finales del año 2000. Durante el año 2001 formó parte del PlanIntegral de Adiestramiento (PIA) en San Tomé, Estado Anzoátegui, donde recibió cursos depreparación integral en las áreas de producción y manejo de petróleo y gas, pasandofinalmente a la Gerencia de Manejo de Gas del Norte del Estado Monagas, en la localidadde Punta de Mata, siendo responsable del tratamiento químico anticorrosivo de gasoductosde la zona de producción de petróleo y gas hasta finales del año 2002. Desde el año 2006,forma parte del Staff de Profesores de Matemáticas, adscrito al Departamento de Ciencias,Unidad de Cursos Básicos del Núcleo de Monagas de la Universidad de Oriente (UDO),cargo en el cual ha dictado asignaturas tales como Matemáticas I (Cálculo Diferencial),Matemáticas II (Cálculo Integral), Matemáticas III (Cálculo Vectorial), Matemáticas IV(Ecuaciones diferenciales), Métodos Numéricos, Termodinámica, Fenómenos deTermodinámica. Ing. Willians Medina.https://www.tutoruniversitario.com/7
Capítulo 2.Manejo de tablas de propiedades termodinámicas.Transporte y Estadística para estudiantes de Ingeniería. Es autor de video tutoriales para laenseñanza de la matemática en el área de límites, derivadas y ecuaciones diferenciales através del portal http://www.tareasplus.com/ y también es autor de compendios deejercicios propuestos, ejercicios resueltos y formularios en el área de Matemáticas, Física,Química, Mecánica Vectorial, Métodos Numéricos, Termodinámica, Estadística, Diseño deExperimentos, Fenómenos de Transporte, Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Económica.En sus trabajos escritos el Ing. Medina ha dejado en evidencia su capacidad de integraciónde los conocimientos en el área de la enseñanza en Ingeniería, así como el análisis rigurosoy detallado en el planteamiento y la solución de ejercicios en cada asignatura que aborda,siendo considerado un profesional prolífico en la generación de material académico útil alos estudiantes de Ingeniería y reconocido en lo personal y a través de sus escritos comouna referencia importante de consulta por estudiantes y profesores. En la actualidad (2017)ha emprendido el proyecto de difusión de sus obras escritas en las áreas antes citadas através de internet de manera pública y gratuita (versión de sólo lectura en línea y conprivilegios limitados) en la página http://www.slideshare.net/asesoracademico/, en la cualcuenta con un promedio de 3500 visitas diarias, y en forma privada (versión rio.com. Es miembro del Colegio de Ingenieros de Venezuela.Termodinámica. Ing. Willians Medina.https://www.tutoruniversitario.com/8
Capítulo 2.Manejo de tablas de propiedades termodinámicas.2.1.- PRELIMINARES.Definición de términos básicos.Termodinámica.La palabra Termodinámica procede de las palabras del griego therme (calor) y dynamics(fuerza). Aunque varios aspectos de lo que ahora se conoce como Termodinámica han sidoobjeto de interés desde la antigüedad, el estudio formal de la Termodinámica empezó en loscomienzos del siglo XIX a partir de las consideraciones sobre la potencia motriz del calor:la capacidad de los cuerpos calientes para producir trabajo. Hoy su alcance es muchomayor, teniendo que ver, en general, con la energía y con las relaciones entre laspropiedades de la materia.La termodinámica es tanto una rama de la Física como una ciencia de la ingeniería.El científico está normalmente interesado en alcanzar una comprensión de los fundamentosdel comportamiento físico y químico de la materia en reposo y en cantidades determinadasy utiliza los principios de la Termodinámica para relacionar sus propiedades. Losingenieros están interesados, en general, en estudiar los sistemas y cómo éstosinteraccionan con su entorno; y para facilitar esta tarea extienden el objeto de laTermodinámica al estudio de sistemas a través de los cuales fluye materia.Materia.Se llama materia a cualquier tipo de entidad que es parte del universo observable,tiene energía asociada, es capaz de interaccionar, es decir, es medible y tiene unalocalización espaciotemporal compatible con las leyes de la naturaleza.Masa.Es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. La unidad utilizada paramedir la mas
Ejemplo 2.7. Temperatura de un vapor saturado en un cilindro. Ejemplo 2.2 del Çengel. Cuarta Edición. Página 78. Ejemplo 3.2 del Çengel. Quinta Edición. Página 128. Ejemplo 3.2 del Çengel. Séptima Edición. Página 128. . 34 Ejemplo 2.8. Cambio de energía y de volumen durante la evaporación.
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(Bot nica e Zoologia), Medicina e Engenharias. A F sica uma das Ci ncias Naturais, ou seja, uma das partes da nossa tentativa de compreens o da Natur eza. A actividade da F sica cinge-se pr ocura incessante da compreens o e pr evis o dos fen menos da Natu-reza de car cter mais elementar .
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