Descripción
Un recipiente que tiene un volumen de 0.4 m3 contiene 2.0 kg de una mezcla de agua líquida y vapor de agua en equilibrio a una presión de 600 kPa. Calcule
a) El volumen y la masa del líquido.
b) El volumen y la masa del vapor.
Referencia:
Ejemplo 3.3 del Van Wylen. Segunda Edición. Página 78.
Solución.
Sustancia: Agua
Volumen: V = 0.4 m3
Masa: m = 2 kg
Presión: P = 600 kPa
Volumen específico.
\(\displaystyle v=\frac{V}{m}\) (1)
Al sustituir valores en la ecuación (1):
\(\displaystyle v=\frac{0.4\,\text{m}^3}{2\,\text{kg}}\)
v = 0.2 m3/kg
Estado termodinámico.
TPT (Agua, Saturada, P = 600 kPa):
vf = 0.001101 m3/kg
vg = 0.3157 m3/kg
vf (0.001101 m3/kg) < v (0.2 m3/kg) < vg (0.3157 m3/kg)
Estado: Mezcla saturada de líquido + vapor.
Calidad.
\(\displaystyle x=\frac{v-v_f}{v_g-v_f}\) (2)
Al sustituir valores en la ecuación (2):
\(\displaystyle x=\frac{0.2\,\text{m}^3/\text{kg}-0.001101\,\text{m}^3/\text{kg}}{0.3157\,\text{m}^3/\text{kg}-0.001101\,\text{m}^3/\text{kg}}\)
x = 0.6322
Masa del vapor.
\(\displaystyle x=\frac{m_g}{m}\) (3)
Al despejar la masa del vapor:
mg = x m (4)
Al sustituir valores en la ecuación (4):
mg = 0.6322 × 2 kg
mg = 1.2644 kg
Masa del líquido.
mf = m – mg (5)
Al sustituir valores en la ecuación (5):
mf = 2 kg – 1.2644 kg
mf = 0.7356 kg
Volumen del vapor.
\(\displaystyle v_g=\frac{V_g}{m_g}\) (6)
Al despejar el volumen del vapor:
Vg = vg mg (7)
Al sustituir valores en la ecuación (7):
Vg = 0.3157 m3/kg × 1.2644 kg
Vg = 0.3993 m3
Volumen del líquido.
\(\displaystyle v_f=\frac{V_f}{m_f}\) (8)
Al despejar el volumen del líquido:
Vf = vf mf (9)
Al sustituir valores en la ecuación (9):
Vf = 0.001101 m3/kg × 0.7356 kg
Vf = 0.0008 m3
