Obtención de ecuaciones de estado para las propiedades termodinámicas del agua en las fases líquida, gaseosa y en el equilibrio líquido-vapor

Abstract

El objetivo fundamental del presente trabajo es obtener ecuaciones de estado no convencionales, que permiten determinar propiedades termodinámicas del agua en fase líquida, vapor o en el equilibrio líquido-vapor. Para esto se realizó una serie de ajustes o regresiones matemáticas entre valores de propiedades termodinámicas como temperatura, presión, volumen específico, energía interna, entalpía y entropía, relacionándolas entre sí, usando para ello ayudas computacionales. La obtención de estos ajustes o regresiones matemáticas permite conocer todas las propiedades termodinámicas del agua en un estado termodinámico de equilibrio. Los valores utilizados para realizar los ajustes fueron tomados de las tablas de propiedades del agua. Se obtuvo para la fase vapor como vapor sobrecalentado cuatrocientas setenta y siete (477) y para la fase líquida como líquido comprimido setenta y ocho (78) ecuaciones de estado no convencionales distintas y para el caso del equilibrio líquido-vapor ciento veintisiete (127) ecuaciones distintas. Cada una de las ecuaciones obtenidas arroja valores de las propiedades termodinámicas que difieren en menos del 1% del valor presentado en las tablas de propiedades del agua utilizadas, por tanto puede concluirse que estas son una herramienta eficiente y adecuada para la obtención de las propiedades termodinámicas del agua. Por último, se elaboró un programa computacional en el lenguaje de programación C++ que permite conocer la fase en la que se encuentra el agua y todas las propiedades termodinámicas en función de temperatura y presión, que son las propiedades medibles de manera directa.

Abstract: The fundamental purpose of this investigation is to obtain non-conventional equations of state to determine thermodynamic properties of water in liquid, vapor or in vapor-liquid equilibrium. In order to obtain these a mathematical regression analysis was conducted among thermodynamic properties values as temperature, pressure, specific volume, internal energy, enthalpy and entropy, relating them with one another, using computer aids. Obtaining the regression function allows to find out all the thermodynamic properties of water of a thermodynamic equilibrium state. The values used to obtain the regression functions were taken from the thermodynamic properties of water and steam tables. Four hundred and seventy seven (477) different non-conventional equations of state were obtained for vapor phase as saturated steam, seventy eight (78) for liquid phase as compressed liquid and one hundred and twenty seven (127) different equations for the vapor-liquid equilibrium. Each developed equation yields thermodynamic properties numeric values that differs in less than 1% of the value of the thermodynamic properties of water and steam tables used, therefore, it can be concluded that the resulting equations are an efficient and appropriate implementation tool to obtain the thermodynamic properties of water in all its phases. Finally, a computer program was designed in C++ programming language to find out the water phase as well as all the thermodynamic properties for a given temperature and pressure, which are directly measurable properties.