CICLOS TÉRMICOS
“TERMODINÁMICA: GASES IDEALES Y
GASES REALES”
Universidad Antonio Nariño, Puerto
Colombia / Ing. Jorge González Coneo
GENERALIDADES
• El término gas usualmente se utiliza para referirse a
un fluido que a temperatura ambiente se encuentra
en estado “gaseoso”, pero en general cualquier
sustancia que alcance dicho estado se le denomina
gas, sin importar su temperatura.
• El término vapor, es empleado para referirse a
sustancias que se vaporizan a temperaturas
superiores a la ambiente, o que están en estado
gaseoso pero, en un punto cercano al de
condensación.
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GENERALIDADES
• Los gases, por ser un estado de una “sustancia”,
puede
estar
formado
por
un
solo
elemento(Nitrógeno, helio, etc.) o puede estar
formado por la combinación de varios
elementos(aire: Nitrógeno, oxigeno, vapor de agua,
ozono, dioxido de carbono, etc.)
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GAS IDEAL
Existen diversos modelos físicos para representar el
comportamiento de un gas. El modelo más simple es el del
“Gas Ideal” . Este modelo tuvo varios antecedentes antes
de ser planteado por completo y se fundamentó en
observaciones experimentales.
Ley de Boyle: mediante la cual se establece que existe una
relación inversamente proporcional entre la presión y el
volumen, cuando la temperatura del gas se mantiene
constante.
Ley de Charles: La cual enuncia que cuando la presión es
constante existe una relación directa y proporcional entre
el volumen de la sustancia y la temperatura de la misma
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SUPUESTOS DEL GAS IDEAL
•Existe un gran número de partículas idénticas que están
distribuidas en todo el espacio disponible y se muevan
aleatoriamente.
•El tamaño de las partículas es muy pequeño en
comparación con la separación media entre estas.
•El choques entre las moléculas y las paredes del
“recipiente” que las contiene es elástico.
•Las paredes son completamente rígidas.
•No se tienen en cuenta ningún tipo de interacción
eléctrica, magnética, gravitacional, fricción o cohesión al
interior del gas.
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ECUACIÓN DEL GAS IDEAL
P : Presión a la que se encuentra el gas
V : Volumen ocupado por el gas
T : Temperatura absoluta
Ru: Constante universal de los gases
n :Número de moles
donde m es la masa de la sustancia y Mm es la masa
atómica o molar. Por lo que la ecuación puede
reescribirse como:
 Es el volumen especifico de la sustancia(V/m) y R es la
constante del gas(Ru/Mm)
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EJEMPLO 1
En un motor de automovil se comprime una mezcla de aire
gasolina(que puede modelarse como un gas ideal) en los cilindros
antes de encenderse mediante la chispa generada en la bujía. Un
motor típico tiene una relación de compresión de 1:9 de su
volumen original. Si la presión es de 1 atm y la temperatura inicial
es de 27°C, detemine la temperatura final de la mezcla, dado que
su presión al final de la carrera es de 21.7 atmosferas.
R/ Como durante la carrera de compresión no hay flujo de masa,
el número de moles se mantiene constante por lo que se cumple
la relación.
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EJEMPLO 1
R/ De esta expresión se deriva que:
Reemplazando valores se encuentra que la temperatura es:
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EJEMPLO 2
La presión en una llanta de automóvil depende de la temperatura
del aire en la llanta. Cuando la temperatura del aire es 25°C, el
medidor de presión registra 210 kPa. Si el volumen de la llanta es
de 0.025m3 determine el aumento de presión en la llanta cuando
la temperatura del aire en su interior aumenta a 50°C y el número
de moles de aire que hay en la llanta.
R/ Bajo el supuesto de que el volumen de la llanta no se modifica
significativamente durante el aumento de la temperatura se
obtiene la siguiente relación entre la presión y la temperatura.
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EJEMPLO 2
Teniendo en cuenta que la presión que marca el indicador es la
manométrica, es necesario sumar la presión atmosférica, para
conocer la verdadera presión a la que se encuentra el gas.
Al reemplazar se encuentra que la presión del gas es de :
El número de moles puede determinarse como:
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EJEMPLO 2
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GASES REALES
“Factor de compresibilidad”
En la práctica, el modelo del gas ideal se cumple en situaciones
en las que el estado de las sustancia se aleja del punto crítico de
la sustancia, usualmente esto sucede a bajas presiones o a altas
temperaturas(si el volumen especifico es mucho mayor al del
punto crítico).
Sin embargo, la expresión de los gases ideales es muy simple y
facil de emplear, y puede seguirse empleando, siempre y cuando
se utilice un factor de corrección adecuado.
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GASES REALES
“Factor de compresibilidad”
Este factor de Conversión se denomina :
“FACTOR DE COMPRESIBILIDAD”
El cual se fundamenta en el Principio de los estados
correspondientes, el cual expresa que todos los gases a la misma
presión reducida y temperatura reducida tienen el mismo factor
de compresibilidad.
Este hecho, está verificado experimentalmente y se cumple para
una gran cantidad de gases.
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GASES REALES
“Factor de compresibilidad”
Aun empleando el factor de compresibilidad, se obtiene un error
en los cálculos del volumen específico de los gases, pero este
usualmente el lo suficientemente pequeño para poderse aceptar
la medida como correcta. El factor de compresibilidad relaciona
el volumen especifico real con el obtenido mediante la ecuación
de los gases ideales:
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GASES REALES
“Factor de compresibilidad”
La ecuación de los gases ideales puede modificarse para los
gases reales como:
Presión reducida:
Temperatura reducida:
Volumen seudoreducido:
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GASES REALES
“Carta de compresibilidad
generalizada”
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GASES REALES
EJEMPLOS
Determine el volumen especifico del refrigerante 134a 1 1MPa y
50°C, utilizando la carta de compresibilidad generalizada y
comparar con el valor de 0.02171 m3/Kg(obtenido de las tablas).
La constante del refrigerante es de 0.0815 KPa. m3/Kg.K, su
presión crítica es de 4.067MPa y su temperatura crítica es de
374.3 K.
El volumen especifico calculado con la ecuación del gas ideal es
de 0.02632m3/Kg
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GASES REALES
EJEMPLOS
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GASES REALES
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GASES REALES
Existen otros modelo para los gases reales,
incluso con una exactitud superior a la del factor
de compresibilidad pero que requieren del uso
de otras constantes y parámetros que las hacen
más complejas y tediosas de emplear. Por esta
razón no se trataran en esta presentación y se
recomienda consultar en los textos de
termodinámica.
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TERMODINÁMICA