SOLUCIÓN DE PROBLEMA DE TERMODINAMICA

1. SOLUCIÓN DE PROBLEMA DE TERMODINAMICA Víctor Augusto Castro Zavaleta Ingeniero Químico Magister en Química

2. ENUNCIADO DEL PROBLEMA El recipiente rígido que se muestra en la siguiente figura contiene freón-12, inicialmente saturado a 15.56°C. Determine la cantidad de líquido y vapor, necesarios para hacer que el freón-12 pase por el estado crítico, si el volumen del recipiente es 2 ft3. La respuesta en lbm. Freón 12 saturado

3. COMPRENSIÓN DEL PROBLEMA Leer el enunciado del problema a fin de lograr su comprensión. Si hay términos que desconoce, éstos deben ser investigados en su significado. Si no los hay leer una o más veces hasta que esté en condiciones de recordar el enunciado y responder las siguientes preguntas: ¿A qué o a quién, se le está sometiendo a cambios mediante la variación de la P, T, calor o trabajo? ¿Qué cambios ha experimentado, el ente respondido en 1? ¿Qué requerimientos hay que determinar para solucionar el problema? Si ha respondido con claridad y precisión las preguntas anteriores, es muy posible y dependiendo de la naturaleza del problema, que estemos en condiciones de hacer los diagramas que visualicen los cambios y ahí indicar los valores de las variables que se dan en el problema.

4. RESPUESTAS El freón - 12. Calentamiento a volumen constante que pasa por el punto crítico. Hay 1 preguntas que contestar como es la determinación de la masa de líquido y vapor de freón -12, necesarios para que el freón -12 pase pase por el punto crítico. En este momento nos encontramos en condiciones de delimitar el SISTEMAel cual va hacer objeto del ANALISIS, por tanto: El sistema es:el freón – 12 contenido en el recipiente rígido

5. INICIO DE LA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA Para bosquejar el diagrama es necesario saber la condición inicial del sistema, según datos del problema en la condición inicial los dato son: El recipiente rígido que se muestra en la siguiente figura contiene freón-12, inicialmente saturado a 15.56°C . Con la finalidad de hacer una búsqueda rápida de datos en las tablas de propiedades de los fluidos y en este caso del freón - 12, equivale a con cuanta experiencia, se cuenta en el manejo de éstas. Por ejemplo en mi caso, por el uso frecuente en la solución de problemas de termodinámica estoy muy familiarizado con el sistema inglés de unidades, por tanto voy a convertir los datos iniciales del freón - 12 al sistema inglés, para lo cual hare uso de la tabla de equivalencias que se les alcanzó en archivos publicados en al aula virtual, y es la siguiente.

7. Solucionando el problema Para la temperatura del agua 15,6° C : Para la temperatura del freón-12 en °F hay que sumarle 32 °F o sea la temperatura será = 28.08+32 = 60.8°F EL volumen esta en el sistema inglés es 2 ft3: Por tanto para las condiciones iniciales a las que se encuentra el freón - 12 y redondeando los datos será de: Tinicial = 60°F y v = 2 ft3

8. Con los datos iniciales de Tinicial = 60°F y v = 2 ft3 para el freón – 12 saturado, buscamos en la tabla de vapor saturado, con entrada para la temperatura, las propiedades termodinámicas del freón - 12 a la temperatura de 60°F: Como lo indica el enunciado del problema, al inicio el freón – 12 esta en condición de saturación por tanto está húmedo, es decir esta formado por parte líquida y parte vapor y esta mezcla tiene que pasar por calentamiento por el punto crítico. Como resultado del análisis anterior, ya estamos en condiciones de hacer las gráficas que nos muestren los cambios del sistema desde su estado inicial hasta su estado final como la precisa el problema: inicio freón – 12 saturado y final freón – 12 en esta crítico.

9. DIAGRAMAS DE LOS CAMBIOS i f Freón 12 saturado Freón 12 crítico Calentamiento a volumen constante Ti= 60[°F] vi = 2 ft3

10. Definiendo los cambios El cambio que experimenta el sistema elegido es: Del estado i al estado f: calentamiento a volumen constante. Encontrando la masa total inicial La masa inicial y el volumen se mantiene constante (recipiente rígido). El volumen especifico final (crítico) tiene el mismo valor que el inicial, por tanto podemos encontrar la calidad al inicio. Se define calidad o título así: Para cada fase: Para ambas fases:

11. La masa total es:

12. Respuesta La masa de líquido y de vapor al inicio para que luego esta mezcla pase por el punto crítico es: mL =67.6142867 lbm y mV= 2.072112444 lbm