propiedades termodinámicas

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Bolivariana
Núcleo Carabobo – Extensión La Isabelica
Ingeniería Petroquímica - V semestre – Termodinámica II
2016
Docente: Yurbelys Contreras
GUÍA DE EJERCICIOS PROPUESTOS: RELACIÓN DE PROPIEDADES TERMODINÁMICAS EN
EQUILÍBRIO
1. A partir de las funciones, demuestre las siguientes ecuaciones
2. Usando las relaciones de Maxwell, determine una relación para
para un gas cuya ecuación de
estado es
.
Sol. -R/P
3. Usando las relaciones de Maxwell, determine una relación para
para un gas cuya ecuación de
estado la de Van der Waals. Sol. R/v-b
4. Usando las relaciones de Maxwell y la ecuación de estado de gas ideal, determine una relación para
para un gas ideal.
Sol. R/v
5. Particularice el ejercicio #1 para el gas ideal
6. Demuestre la ecuación de Joule-Thomson
derivadas parciales, sea z = z(x,y) entonces
usando la relación cíclica de
∙
!
∙
"
1
7. Para cualquier líquido con valores típicos de volumen molar Vm=50 cm3/mol, compresibilidad
isotérmica
k=10-4 amt-1, coeficiente de dilatación isobárica β =10-3 K-1 y cp,m= 40 cal/mol K. Calcule a 25 °C y 1atm:
a) $% , b) $ , c) '
, d) %
y e)
. Sol. a) 40 cal/kmol, b) 3,51·10-5 J/Pa mol, c) 3000
J/m3 mol, d) 0,134 cal/mol K2 y e) -50·10-9 J/mol K Pa
8. Determine el cambio en la entalpía, entropía y energía interna del aire, en kJ/kg, cuando sufre un
cambio de estado de 100 kPa y 20 °C a 600 kPa y 300 °C, usando la ecuación de estado
(
,
donde a = 0,01 m3/kg y compare el resultado con las tablas.
9. Repita el ejercicio #8 usando la ecuación de estado del gas ideal y compare el resultado con las tablas.
10. Determine el cambio de entropía, entalpia y energía interna del aire, cuando sufre un cambio de estado
de 100 kPa y 20 °C a 600 kPa y 300 °C, usando la ecuación de estado
(
, donde a = 0,01
3
m /kg. Sol. 0,17 kJ/kg K, 204 kJ/kg, 289 kJ/kg
11. Repita el ejercicio # 10 usando la ecuación de estado del gas ideal. Sol. 0,17 kJ/kg K, 204 kJ/kg, 284
kJ/kg
12. El coeficiente de compresibilidad isotérmica del alcohol etílico a 20 °C y 1 bar es 110 · 10-6 bar-1 y la
densidad relativa es 0,789. Obténgase el trabajo requerido para comprimir el fluido de manera isoterma a
20 °C, desde 1 bar hasta 100 bar, suponiendo los volúmenes constantes. Sol. 0,0697 kJ/kg
13. Determine el trabajo requerido para comprimir 20 cm3 de mercurio líquido a una temperatura
constante de 0 °C desde una presión de 1 bar hasta: a) 500 bar y b) 1000 bar. Sí el coeficiente de
compresibilidad isotérmica tiene la forma: 3,9 · 10-6 bar-1 – (1,0 · 10-10 bar-2)P. Sol. a) 0,97 J y b) 3,83 J
14. La dilatación volumétrica del agua a 20 °C es 0,207 · 10-6 K-1, manteniéndose constante. Determine el
cambio de volumen de 1 m3 de agua cuando se calienta isobáricamente de 10 °C hasta 30 °C. Sol. 4,14 cm3
15. Estime la entalpia de vaporización del agua a 150 °C. a) Usando la ecuación de Clapeyron y b) usando
la ecuación de Clapeyron-Clausius. Compare con los valores de la tabla.
16. Estime la presión de saturación del amoníaco a 30°C, usando la ecuación de Clapeyron y los datos a
28 °C: Psat@28°C =10,993 bar, hfg@28°C = 1152,24 kJ/kg y vfg@28°C = 0,11553 m3/kg. Sol. 1168,65 kPa
17. Usando los datos PvT del agua saturada, calcule para 50°C, hfg, sfg y ufg, compare los valores con los
tabulados.
18. Sobre cierto intervalo de temperatura la curva de P-T de saturación de una sustancia, puede
representarse como )* +,. /%, donde A y B son constantes empíricas. a) Derive una expresión
para hfg y sfg, en términos de P, v, T y B. b) Usando el resultado anterior calcule hfg y sfg para el agua
saturada a 25 °C, compare los resultados con los tabulados.
19. Considere un gas cuya ecuación de estado es
posible enfriar este gas mediante estrangulamiento?
(
, donde a es una constante positiva, ¿es
20. Estime el coeficiente de Joule-Thomson de vapor de agua a: a) 60 bar y 320 °C y b) 100 bar y 400°C.
Sol. a) 11,35 °C/MPa
21. Demuestre que el coeficiente de Joule-Thomson de un gas ideal es cero
Referencias Consultadas:
Cengel, Y. & Boles M. (2002). Termodinámica. Quinta edición. McGraw Hill.
Levine, I. (2004). Fisicoquímica Vol. 1. Quinta edición. McGraw Hill
Müller, E.(2002). Termodinámica Básica. Segunda edición. Publidisa SA