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PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE FLUIDOS

Que tal amigos, en la sección anterior se explicó en forma aplicada los procesos termodinámicos, para ello use un modelo muy usual en la industria petrolera, tal como es una bomba neumática.

http://procesostermodinamicosaplicacion.blogspot.com/ (para ver artículo anterior).

En esta ocasión hablaremos acerca de las propiedades termodinámicas de fluidos, para los cuales haré mención de los fluidos usuales dentro de la industria petrolera, ya que son los componentes que se encuentran frecuentemente.

En ingeniería de Proceso es muy interesante conocer cómo se determinan las propiedades de sólidos, líquidos y gases para aplicar las Leyes de la Termodinámica.

Las propiedades termodinámicas son características que se pueden observar, medir o cuantificar en las sustancias. La cantidad y tipo de propiedades que se puedan establecer para un sistema dependen del tipo de observación que se halla establecido para el análisis del sistema. Por ejemplo si el enfoque usado es el macroscópico se pueden establecer propiedades como temperatura, presión, energia, energía interna y entalpía y otras, que de ningún modo serían establecidas utilizando el enfoque microscópico.


Dichas propiedades se clasifican como extensivas o intensivas dependiendo de su comportamiento al variar la extensión o la masa del fluido.
Algunas propiedades se cuantifican para toda la cantidad de materia en el sistema, es decir para su extensión, como el volumen total que ocupa, la energía que contiene internamente, incluso la materia (mol) o su masa (m). Estas propiedades que cambian de valor al cambiar la extensión del sistema son denominadas extensivas.


Otras propiedades no dependen de la cantidad total de masa en el sistema ni cambian con el cambio en su extensión, pero si indican su repetibilidad en cada unidad de extensión del sistema; en la mayoría de las ocasiones, indican la intensidad con que se presenta una propiedad extensiva. Estas son llamadas propiedades intensivas y entre ellas se tienen la presión, la temperatura y todas las propiedades por unidad de masa (especificas) como la gravedad específica. Debido a que estas propiedades intensivas son invariantes con la extensión del sistema, permiten establecer relaciones directas con el estado de las sustancias.

Hay tres formas usuales para conocer estas propiedades

1) Tablas de propiedades
2) Figuras y Diagramas Termodinámicos
3) Correlaciones y Ecuaciones

Las principales propiedades que debemos analizar y determinar para aplicaciones en ingeniería son mostradas en la Tabla 1.

Tabla 1: Algunas propiedades físicas termodinámicas

Tabla 2 : Tabla de propiedades básicas de los elementos comunes encontrados en la exploración y explotación de pozos petroleros.

Nota: Los datos de la tabla anterior están referido a condiciones estándar (14.7 Psia @ 60°F)

PRESIÓN DE VAPOR

Esta es la presión a una temperatura dada a la que dos fases pueden coexistir en equilibrio (por un periodo “largo”). Los ingenieros de diseño (INGENIERIA DE PROCESO) debemos tener claro los conceptos de presión de vapor sobre líquidos, presión de saturación y presión de vapor sobre sólidos (presión de sublimación).



Fig. 1 Diagrama PT de una sustancia pura

La presión de vapor de un líquido puede calcularse utilizando la ecuación de Antoine modificada.

La ecuación es:

P: Kpa
T: °K

Tabla 3 : Coeficientes de Antoine.

Click para descargar tabla 3 (http://rapidshare.com/files/208823655/Antoine.pdf.html)
PUNTO CRÍTICO

Coordenadas de presión (Pc) y temperatura (Tc) características de un fluido A presiones mayores a Pc, no se puede pasar de vapor a líquido por simple enfriamiento, y a temperaturas mayores a Tc, no se puede pasar de vapor a líquido por simple compresión.

PUNTO TRIPLE

Coordenadas de presión y temperatura a las que co-existen en equilibrio las fases gaseosa, líquida y sólida. El punto triple es una propiedad característica de cada sustancia.

SISTEMA CERRADO Y SISTEMA ADIABÁTICO

Sistema cerrado es un sistema termodinámico en donde no existe intercambio de materia entre él y su entorno.

Sistema adiabático es un sistema termodinámico en el que no hay interacción de calor entre él y su entorno.

SISTEMA TERMODINÁMICO

Cantidad de materia de masa e identidad fijas que se toma como base para un determinado estudio… lo que queda fuera del sistema se conoce como entorno o ambiente.

CALOR DE VAPORIZACIÓN

El calor de vaporización disminuye con el aumento de T. En el punto crítico ΔHvap = 0. Es importante señalar que no existe calor de vaporización a temperaturas mayores a Tc.

En el siguiente capitulo veremos algunas de aplicaciones (en la industria petrolera) de las propiedades termodinámicas aquí tratadas, en donde se darán cuenta de por que los Ingenieros de Proceso debemos tener claro los conceptos de presión de vapor sobre líquidos, presión de saturación y presión de vapor sobre sólidos (presión de sublimación).

Hasta la próxima.



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