Volume Spécifique, Viscosité et Systèmes de Gaz : Guide Complet

Volume Spécifique

Le volume spécifique (v) est le volume occupé par unité de masse du matériau. C'est l'inverse de la densité et il est indépendant de la quantité de matière. Par exemple, deux morceaux de fer de différentes tailles ont un poids et un volume différents, mais leur volume spécifique est égal. Il est indépendant de la quantité de matière considérée, contrairement à d'autres propriétés comme le point d'ébullition, la couleur, la dureté et le point de fusion.

Où, V est le volume, m est la masse et ρ est la densité du matériau. Il est exprimé en unités de volume par unité de masse. Exemple:

ou .

Volume Spécifique pour un Gaz Parfait

Pour un gaz parfait, le volume spécifique vérifie également l'équation suivante:

Où R est la constante des gaz (R = 0.082), M est la masse molaire du gaz, T est la température et P est la pression du gaz.

Mesure de la Viscosité d'un Gaz à Travers un Capillaire

Loi de Poiseuille pour les Gaz

Supposons un capillaire de rayon r et de longueur L dans lequel circule un gaz lorsque la différence de pression à ses extrémités est P - P₀. Selon la loi de Poiseuille, pour un fluide visqueux incompressible, le débit G = dV / dt (volume de fluide traversant la section normale du capillaire par unité de temps) est directement proportionnel au gradient de pression le long du tube, c'est-à-dire le rapport (P - P₀) / L.

Toutefois, pour un gaz circulant dans le capillaire, le volume de gaz entrant par unité de temps à une pression p n'est pas égal au volume sortant à la pression p₀ (atmosphérique) en raison de la compressibilité du gaz. Cependant, la masse de gaz entrant par unité de temps est égale à la masse de gaz sortant par unité de temps. Nous écrivons la loi de Poiseuille sous la forme:

dV / dt est le volume de gaz circulant dans la section transversale capillaire à une distance x de l'extrémité du tube par unité de temps. dp / dx est le gradient de pression à cet endroit. Compte tenu de la loi des gaz parfaits p · V = nRT:

• n est le nombre de moles n = m / M,
• m est la masse de gaz contenue dans le volume V,
• M est le poids moléculaire,
• R = 8.3143 J / (K · mol) la constante des gaz,
• T la température absolue.

La loi de Poiseuille s'écrit:

Le signe moins apparaît parce que la pression du gaz diminue à mesure qu'il sort par capillarité. Nous intégrons cette équation en tenant compte du fait que dm / dt est constant le long du capillaire. La pression à l'extrémité x = 0 est la pression p capillaire et à l'autre extrémité x = L est p₀ (atmosphérique).

Corrélation des Gaz : Facteur Z

Bien qu'il existe de nombreux modèles mathématiques différents, ils peuvent tous être généralisés par l'expression suivante:

Z est ce qu'on appelle le facteur de compressibilité, qui représente l'écart par rapport au modèle du gaz parfait. Si Z ≈ 1, alors le modèle idéal est applicable. Toutefois, les valeurs de Z peuvent varier entre 0 et 1, et même prendre des valeurs supérieures à 1. L'écart Z peut être calculé avec l'un des modèles mathématiques. De l'équation ci-dessus, on a:

Si l'on décide de ce qui précède pour les différents modèles, on peut trouver Z. Selon le modèle que nous utilisons, Z exprime l'écart par rapport à ce modèle de la forme idéale. Si vous travaillez à une certaine pression et température, nous avons une certaine valeur du volume spécifique. Si nous avons une mesure expérimentale du volume spécifique, nous pouvons exprimer où v_i est le volume spécifique molaire idéal et v_r le volume spécifique molaire réel (mesuré). L'expression ci-dessus Z est également utilisée pour déterminer le volume calculé en utilisant le modèle idéal et calculé avec d'autres modèles mathématiques.

Compressibilité Isotherme du Gaz (C_G)

La variation de la compressibilité d'un fluide à la pression et à la température est d'une grande importance pour les calculs d'ingénierie de réservoir. Pour une phase liquide, la compressibilité est faible et est parfois supposée constante, mais ce n'est pas vrai pour un gaz. La compressibilité isotherme des gaz est la variation de volume par unité de changement de pression.

Pour le gaz idéal, Z = 1 (constante), et la compressibilité est C_g = 1 / P

Composants des Systèmes Uniques et des Systèmes Multiples

Un système peut être simple ou complexe, homogène ou hétérogène, ou multi-composants. Une bouteille de gaz est un système simple. Un système peut être composé de sous-systèmes ou de phases différenciées les unes des autres par des discontinuités dans les propriétés physiques. Une phase est définie comme un système ou une partie de celui-ci qui est homogène, c'est-à-dire que chacune de ses propriétés intensives (définies ci-dessous) prend la même valeur à chaque point. Un système composé de plusieurs phases est hétérogène. Une phase peut être un système chimiquement pur, à composant unique, ou peut contenir plus d'un composant, le système multi-composant (binaire, ternaire...). Il faut veiller à ne pas confondre l'état de la phase d'agrégation. Par exemple, un mélange d'eau et d'huile (non miscibles) est un système binaire composé d'une seule phase liquide. Pour certaines opérations de concentration et de températures, il est transformé en un système complexe en se séparant en deux phases liquides, constituées chacune d'alcool et d'eau, mais à des concentrations différentes, donc dans un seul état d'agrégation. Un mélange d'eau et de glace est un système complexe constitué de deux phases à composant unique, chacun dans un état d'agrégation différent. La technologie multi-composante évolue à une vitesse folle, car elle permet différentes combinaisons de matériaux qui offrent des avantages tels que des temps de cycle réduits par rapport aux machines bi-composants, une machine plus facile et plus rapide, une simplification des étapes de travail, une réduction de l'effort, une augmentation de la qualité et de la répétabilité, un besoin moindre d'espace et une réduction de la consommation d'énergie. La technologie multi-composante évolue à une vitesse folle, car elle permet différentes combinaisons de matériaux qui offrent des avantages tels que des temps de cycle réduits par rapport aux machines à deux composants, une machine plus facile et plus rapide, une simplification des étapes de travail, une réduction de l'effort, une augmentation de la qualité et de la répétabilité, un besoin moindre d'espace et une réduction de la consommation d'énergie. Le nombre de phases qui peuvent coexister dans un système n'est pas arbitraire. Par exemple, un système à un composant, le potentiel chimique est une fonction de

et

De sorte que si deux phases coexistent

et

doivent être remplies.

On obtient ainsi une relation

qui a été appelée courbe de coexistence. Ces deux phases peuvent coexister avec une autre phase

Et il y a la possibilité de la coexistence des trois phases où

Cela forme un système de deux équations à deux inconnues:

et

Lorsque le système a une solution, nous avons un point triple déterminé par ces équations.

Si nous considérons maintenant un système composé de

composants chimiques dans chaque phase, l'énergie de Gibbs sera une fonction de variables, ou de façon équivalente, la fonction de Gibbs molaire potentiel

, les variables

ne sont pas tous indépendants car ils sont soumis à la condition

Les critères de stabilité indiquent que

et

doit être concave

et

et convexes

ou

Quand il échoue, le critère de la stabilité dans un système à composants multiples, des transitions de phase également se produire. Chaque phase a généralement une composition différente: par exemple, l'eau bout du sel à la pression de vapeur atmosphérique coexister avec elle est toujours beaucoup plus diluée dans l'eau salée, cette conclusion se fonde précisément sur la distillation, parce que si elle se condense à nouveau vapeur, le liquide sera de plus en plus de l'eau pure. Tout comme le nombre maximum de phases qui peuvent coexister dans un seul composant du système est de trois, dans un système

composants chimiques peuvent coexister

phases. Cette restriction est appelée règle des phases de Gibbs, et de prouver qu'elle suppose d'abord que dans notre système coexistent

phases. La condition coexistence implique que le potentiel chimique du composant 1 doivent être adaptées en

phases:

Il s'agit d'un système de

équations indépendantes relatives

,

et

fractions molaires

de chaque phase

. La même condition doit être remplie pour les potentiels chimiques de chaque

composants, qui a achevé un système

équations pour déterminer

inconnues (

.) Comme le nombre d'équations ne peut pas être supérieur au nombre d'inconnues, doivent être remplies.

Nous avons vu que pour un seul composant du système de cette règle est suivie, puis

, C'est à dire, tout au plus trois phases peuvent coexister. Dans les systèmes binaires,

.

Viscosité du Gaz

La viscosité d'un fluide (gaz ou liquide), dans sa définition la plus simple, donne sa résistance à l'écoulement. En particulier, la viscosité d'un gaz est déterminée, le plus souvent, par le taux de transfert d'énergie cinétique de l'écoulement des lames se déplacer plus rapidement à un ralentissement.

C'est la relation entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement, qui s'applique à une partie du liquide pour vous faire bouger (viscosité dynamique). Il existe différents types de viscosité, étant la plus grande étude de la dynamique et la cinématique, ce dernier étant généré résistance à l'écoulement du fluide sous l'influence de la gravité. La viscosité des gaz ont le comportement suivant:

• A basse pression (moins de 1500 psi), soit une augmentation de la température augmente la viscosité du gaz.
• À des pressions élevées (supérieures à 1500 psi), soit une augmentation de la température diminue la viscosité.
• A n'importe quelle température, si la pression est augmentée, la viscosité augmente.
• La viscosité sera plus élevée, puisque le gaz est titulaire d'éléments plus lourds.