| Title | La formulación IAPWS-95 del potencial de Helmholtz para las condiciones críticas y supercríticas del agua geotérmica en una interfaz gráfica eficiente |
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| Authors | José Darío Rojas Hernández y Mario César Suárez Arriaga |
| Year | 2013 |
| Conference | Mexican Geothermal Congress |
| Keywords | Ingeniería de yacimientos geotérmicos, ecuación de estado del agua, fase líquida, fase vapor, agua bifásica, termodinámica. Geothermal Reservoir Engineering, equation of state of water, liquid phase, vapor phase, water biphasic, thermodynamics. |
| Abstract | El comportamiento termodinámico del agua tiene una importancia crucial en una multitud de aplicaciones científicas e industriales. El H2O es uno de los fluidos que han sido más y mejor investigados teórica y experimentalmente. The International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) es el organismo responsable de la estandarización internacional de las propiedades termofísicas del agua, la cual incluye una ecuación de estado de amplio espectro para la termodinámica del H2O ordinaria para uso general y científico (IAPWS-95). La formulación IAPWS-95 se basa en la energía libre de Helmholtz como el potencial fundamental en función de la temperatura y la densidad del agua. Todas las otras propiedades termodinámicas se obtienen por derivación parcial de la superficie de Helmholtz y su manipulación algebraica. Las propiedades programadas y presentadas en este artículo son las más útiles en ingeniería geotérmica: presión, volumen específico, entropía, entalpía, energía interna, viscosidad dinámica, viscosidad cinemática, compresibilidad isotérmica, calores específicos y conductividad térmica. Estas se computan para cada una de las fases, líquido y vapor, por separado. Además el programa calcula la presión y/o la temperatura de saturación en la llamada Línea K del agua bifásica. Las propiedades se calculan con gran precisión numérica y cubren todos los rangos experimentales medidos hasta la fecha para el H2O. El código completo se presenta en el lenguaje de programación Mathematica-9. Esta contiene una potente interfaz gráfica que permite visualizar de inmediato cualquiera de estas propiedades en gráficas 2D y 3D simultáneamente, en un amplio rango termodinámico que en temperaturas va desde 0°C hasta 4730°C y en presiones desde 0.1 MPa (1 bar) hasta 100 GPa (106 bar). En la curva de saturación el rango abarca de 0°C hasta 374°C. Empleamos algoritmos altamente eficientes con base en la formulación IAPWS-95, en un programa de cómputo original que se publica por primera vez. The thermodynamic water behavior has a crucial importance in a multitude of scientific and industrial applications. H2O is one of the fluids that has been more and better investigated theoretically and experimentally. The International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) is the organization responsible for international standardization of the thermophysical water properties, which includes an equation of state for the thermodynamic properties of ordinary H2O for general and scientific use, called IAPWS-95. The IAPWS-95 formulation is based on the Helmholtz’s free energy as the fundamental potential and it is function of water temperature and water density. All other thermodynamic properties are obtained by partial differentiation and algebraic manipulation of the Helmholtz surface. The properties programmed and showed in this article are the most useful in geothermal engineering: pressure, specific volume, entropy, enthalpy, internal energy, dynamic viscosity, kinematic viscosity, isothermal compressibility, specific heat and thermal conductivity. These properties are computed for each phase, liquid and vapor, separately. Besides, the program calculates the saturation pressure and/or saturation temperature on the called K-line of biphasic water. The properties are calculated with high numerical precision and cover all ranges experimentally measured nowadays for H2O. The complete code is shown in Mathematica-9 programming language. This code contains a potent graphical interface that allows to display immediately any of these properties simultaneously in 2D and 3D graphics, in a wide thermodynamic range which in temperatures goes from 0°C to 4730°C and pressures from 0.1 MPa (1 bar) to 100 GPa (106 bar). On the saturation curve the range goes from 0°C to 374°C. We used highly efficient algorithms based on the IAPWS-95 formulation, in an original computer program which is published for the first time. |