Leé el enunciado y abrí las hojas de la resolución en orden.
Enunciado
Una mezcla de 15 kg de dióxido de carbono y 3 kg de monóxido de carbono a 5 MPa tiene un coeficiente de compresibilidad de 0,8. Determinar la temperatura y el volumen de la mezcla.
¿Qué tuvo que tener en cuenta para calcular el volumen? ¿Por qué? ¿Qué dice la ley de los estados correspondientes?
Resolución en hojas
Hoja 1Hoja 2Hoja 3Hoja 4
Otro ejercicio gratuito, paso a paso
EJERCICIO GRATUITO
Presión del vapor de agua: tres modelos
Vapor de agua a T=400∘C y volumen específico v=0,020m3/kg.
Determiná la presión mediante a) la ecuación de gas ideal, b) tablas de vapor y c) un diagrama de compresibilidad. d) Compará los resultados y decidí si el vapor se comporta como gas ideal.
Intentá resolverlo antes de abrir los pasos.
Razonalo paso a paso.
1. Identificá el estado y leé A-1
Tenemos un solo estado de vapor de agua, sin proceso. Por eso no hay balance de masa, energía ni entropía que permita hallar la presión. En la tabla A-1 buscá «Agua»: la flecha señala su fila y los círculos muestran R=0,4615kJ/(kgK), Tc=647,1K y Pc=22,06MPa. Guardá estos datos para los métodos siguientes. La temperatura dada es 400∘C; solo para las ecuaciones de gas y propiedades reducidas convertimos a kelvin.
La ecuación Pv=RT usa T absoluta. Despejá P=RT/v y sustituí el R leído en A-1. Como 1kJ=1kPam3, el resultado intermedio está en kPa; dividí por mil para expresarlo en MPa. Este valor supone Z=1 y todavía no describe con precisión el vapor real.
Pideal=0,0200,4615(673,15)=15532,9kPa≈15,53MPa
3. Leé A-6 y completá el estado
Ahora usá la tabla A-6 original de vapor sobrecalentado. En la página 920, buscá el bloque P=12,5MPa y bajá a T=400∘C: allí se leen v=0,020030m3/kg y u=2789,6kJ/kg. En la página 921, a la misma temperatura y 15MPa, leé v=0,015671 y u=2740,6 en las mismas unidades. Tu v=0,020 queda apenas por debajo del primero: la presión real es apenas mayor que 12,5MPa. Interpolá con estos valores impresos y después completá la única fila de la tabla de estados. La tabla redondeada da P≈12,52MPa; la estimación fina previamente validada es 12,53MPa. Esa diferencia de 0,01MPa proviene de la precisión de lectura, no de otro estado.
Hay un solo estado, no un proceso. La A-6 impresa da P ≈ 12,52 MPa; la estimación fina validada es ≈ 12,53 MPa. u se interpola entre los mismos dos bloques; x no se define para vapor sobrecalentado.
4. Obtené las propiedades reducidas y leé Z
Retomá Tc y Pc de A-1. Dividí la temperatura absoluta por Tc para obtener la temperatura reducida Tr. Como ya conocemos la presión por la tabla, también podemos calcular la presión reducida Pr=Ptabla/Pc; este dato sirve para describir el estado, pero no lo usamos para hallar de nuevo la presión con el gráfico. Para leer este gráfico usamos el volumen pseudorreducido vr=v/(RTc/Pc). Convertí Pc=22,06MPa a 22060kPa para mantener unidades coherentes: RTc/Pc≈0,01354m3/kg y vr≈1,48. Seguí la vertical roja desde vr hasta la curva Tr≈1,04 y luego la horizontal hasta el eje: Z≈0,806. Las curvas se calcularon con IAPWS-IF97.
Tomá como referencia la presión de tablas más precisa: Pref=12,53MPa. Para cada método, restá su presión y la de referencia, tomá el valor absoluto de esa diferencia y dividilo por la presión de referencia. Multiplicá por 100 para expresarlo como porcentaje.
El gas ideal da 15,53MPa: su diferencia es 3,00MPa y el error relativo es 23,94%. El factor de compresibilidad da 12,52MPa: su diferencia, con los valores mostrados, es 0,01MPa y el error relativo es 0,08%. Este último porcentaje refleja el redondeo de la lectura gráfica; no indica una exactitud de centésimas para el gráfico. Como Z está apreciablemente por debajo de uno, aquí no conviene aproximar el vapor como gas ideal.
El gas ideal sobrestima la presión: en este estado, el vapor de agua se comporta de manera no ideal. El cálculo con Z coincide con la tabla dentro del redondeo mostrado.
PARCIALES RESUELTOS POR JUAN
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