Teoría Del Gas Real: La Relación Exacta Para Gases Reales
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Teoría Del Gas Real - Ernesto F. Villacorta Olivares
Copyright © 2008, 2012 por Ernesto F. Villacorta Olivares.
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Esta es una obra de ficción. Los nombres, personajes, lugares e incidentes son producto de la imaginación del autor o son usados de manera ficticia, y cualquier parecido con personas reales, vivas o muertas, acontecimientos, o lugares es pura coincidencia.
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387350
INDICE
PREFACIO
1 OTRA MANERA DE VISUALIZAR LA EXPANSIÓN DE UN GAS
1.1 Introducción
1.2 El Modelo
1.3 Balance de Energía sobre el Modelo
1.4 La Ecuación de Convección-Difusión sobre el Modelo
1.5 La Energía Cinética Involucrada en el Proceso
1.6 Ecuación de la Entalpia Residual
1.7 Proceso a Volumen Constante
1.8 Proceso a Presión Constante
1.9 Concluciones
2 INTERACCIÓN CON OTRAS LEYES
2.1 Introducción
2.2 Interactuando con la Ley de Boyle
2.3 Interactuando con la Ley de Charles
2.4 Interactuando con la Primera Ley de la Termodinámica
2.5 Conclusiones
3 MODELO DEL GAS REAL
3.1 Introducción
3.2 La Ecuación de Continuidad
3.3 Formulación en dos Dimensiones
3.4 Técnicas para Resolver Problemas de Flujo Compresible
3.5 El Método de Elementos Finitos (MEF)
3.6 El Método Variacional
3.7 MEF para Flujo Compresible; Estado del Arte
3.8 Conclusiones
4 FORMULACIÓN DE ECUACIONES PARA EL MEF
4.1 Introducción
4.2 Formulación para Flujo Compresible
4.3 Descripción del Problema
4.4 El Funcional Asociado
4.4.1 Solución a Problema que Involucra la Ecuación de Poisson
4.4.2 Solución a Flujo Alrededor de un Cilindro
4.4.3 Solución a Flujo Alrededor de una Sinuosidad
4.5 Formulación para Transferencia de Calor
4.5.1 Solución a Distribución de Temperaturas en una Región
4.6 Formulación para Gas Real
4.7 Conclusiones
BIBLIOGRAFÍA
APÉNDICE
A la memoria de J.VM., J.VO. y E.O.R.:
Ellos me enseñaron que efectivamente, la vida es sueño.
A Karim Muci K.
A Alberto Bustani A.
A Martha
I am not ambitious to appear a man of letters: I could be content the world should think I had scarce looked upon any other book than that of nature.
Robert Boyle
If I have seen further it is by standing on the shoulders of Giants.
Errors are not in the art but in the artificers.
Isaac Newton.
Las ideas predominantes de cada época, siempre han sido las ideas de su clase dominante.
Marx y Engels
And in the end, the love you take
is equal to the love you make
Lennon, McCartney
PREFACIO
El propósito de este libro es, básicamente, demostrar que la ecuación de gas ideal que hasta ahora conocemos se ha presentado de manera incompleta. Una vez completa esta relación, se convierte en la única ecuación de estado que describe el comportamiento del gas real de manera exacta. Con el apoyo de herramientas de métodos numéricos y aplicando la teoría expuesta en el presente documento, se podrán realizar simulaciones del comportamiento de un gas real. Los modelos presentados hasta el día de hoy que tratan de describir el comportamiento de los diferentes gases, las llamadas: Ecuaciones de Estado, se apoyan en factores que funcionan de manera inconsistente. Es decir, pueden funcionar bien, pero sólo para unos rangos específicos de presión y temperatura. O bien, pueden simular correctamente las propiedades termodinámicas, pero sólo para un tipo de compuestos. O pueden funcionar satisfactoriamente para la mayoría de los casos, pero irremediablemente, se alejarán del valor exacto para algunas condiciones o algunos compuestos. Esto se debe a que dichas correlaciones matemáticas no son la ecuación exacta que describe el fenómeno termodinámico, son correlaciones que a través de los años se han ido ajustando al comportamiento experimental de los gases.
En esta obra se presentan la teoría y ecuación que describen exactamente el comportamiento del gas real cuando éste se somete al cambio de alguna propiedad termodinámica, es decir, se presenta la ecuación que describe el fenómeno físico, que no tiene nada que ver con correlación matemática alguna. A esta ecuación se le da el nombre de: Ecuación de la Entalpia Residual, debido a que es una porción de la entalpía involucrada, la que definirá el volumen del gas. Para ello es necesario visualizar de otra manera lo que entendemos por expansión o bien, compresión de un gas.
En este texto también se presenta la formulación para flujo compresible a partir de la ecuación del gas real, se resuelven problemas numéricos para este tipo de fluidos y son comparados con la solución analítica respectiva.
Febrero 2008
1 OTRA MANERA DE VISUALIZAR LA EXPANSIÓN DE UN GAS
1.1 Introducción
En el presente capítulo se invita al lector a analizar de otra manera la expansión o compresión de un gas. En base