martes, 2 de febrero de 2016

Relaciones Generales para: du, dh, ds, cv y cp

El postulado de estado estableció que el estado de un sistema simple compresible se especifica por completo mediante dos propiedades intensivas independientes. Por consiguiente, al menos en teoría, se debe ser capaz de calcular todas las propiedades de un sistema en cualquier estado una vez que se presenten dos propiedades intensivas independientes.

Cambios en la energía interna
 Elija la energía como una función de T y v; esto es, u = u(T, v) y tome su diferencial total

Con la definición de cv se tiene

Ahora elija la entropía como una función de T y v; esto es, s = s(T, v) y tome su diferencial total; luego Si sustituye en la relación T ds, du = T ds - P dv, donde al igualar los coeficientes de dT y dv en las ecuaciones y al utilizar la tercera relación de Maxwell se obtiene

Al sustituir esto en la ecuación se obtiene la relación deseada para du:
El cambio en la energía interna de un sistema compresible simple asociado con un cambio de estado de (T1, v1) a (T2, v2) se determina mediante integración:

Cambios de entalpía
La relación general para dh se determina exactamente de la misma manera. Esta vez elija la entalpía como una función de T y P, es decir, h = h(T, P), y tome su diferencial total,

Con la definición de cp, se obtiene


Luego se elige la entropía como una función de T y P, esto es, s = s(T, P), y tome su diferencial total, sustituyendo esto en la relación de T ds, dh = T ds + v dP y al igualar los coeficientes de dT y dP en las ecuaciones anteriores. Al utilizar la cuarta relación de Maxwell y sustituir en la ecuación, se llega a la relación deseada para dh:

El cambio en la entalpía de un sistema simple compresible asociado con un cambio de estado de (T1, P1) a (T2, P2) se determina mediante integración:



En realidad, sólo se necesita determinar ya sea u2 – u1 de la ecuación 12-30, o bien, h2 – h1 de la ecuación 12-36, según la que sea más adecuada para los datos que se disponga. La otra puede determinarse sin ninguna dificultad mediante la definición de entalpía h = u + Pv:

Cambios de entropía
Aquí se desarrollan dos relaciones generales para los cambios de entropía de un sistema simple compresible. La primera relación se obtiene al sustituir la primera derivada parcial en la diferencial total de ds, y la segunda derivada parcial por la tercera relación de Maxwell, lo que produce

Y

La segunda relación se obtiene sustituyendo la primera derivada parcial en la diferencial total de ds, y la segunda derivada parcial por la cuarta relación de Maxwell lo que resulta

Y

Cualquiera de ellas sirve para determinar el cambio de entropía. La elección adecuada dependerá de 
los datos disponibles.

Calores específicos cv y cp
Recuerde que los calores específicos de un gas ideal dependen sólo de la temperatura. Para una sustancia pura, sin embargo, los calores específicos dependen del volumen específico o la presión, así como de la temperatura.
Dichos calores se conocen como calores específicos de presión cero o de gas ideal (denotados por cv0 y cp0) y son relativamente fáciles de determinar. A partir del conocimiento de cv0 y cp0 y del comportamiento P-v-T de la sustancia. Las relaciones se obtienen aplicando la prueba de exactitud (Ec. 12-5) en las ecuaciones 12-38 y 12-40, lo cual produce
  
Se inicia el desarrollo de tal relación al igualar las dos relaciones ds y despejando dTAl elegir T = T(v, P) y derivando, se obtiene
La igualación del coeficiente, ya sea de dv o dP, de las dos ecuaciones anteriores produce el resultado deseado. Al sustituir el resultado en la ecuación 12-45, se obtiene una relación de cp – cv. Esta relación se expresa en términos de otras dos propiedades termodinámicas llamadas expansividad volumétrica β y la compresibilidad isotérmica α, las cuales se definen como 
 



Al sustituir estas dos relaciones en la ecuación 12-46, se obtiene una tercera relación general para cp - cv:


FUENTE: Cengel, Yunus .A. & Boles, Michael A. (2011). Termodinámica. México: Mcgraw - Hill

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