← Volver al blog

Enthalpy calculation with CoolProp

15 de septiembre de 2023 2 min de lectura thermodynamics enthalpy mathematics coolprop python

La entalpía \(h\) es una de las propiedades termodinámicas más usadas en ingeniería: aparece en balances de energía de intercambiadores de calor, turbinas, compresores, calderas, reacciones químicas y ciclos de potencia (Rankine, Brayton, refrigeración). Calcularla "a mano" desde tablas de vapor o datos de \(c_p(T)\) es tedioso y propenso a errores — con CoolProp es una línea.

La definición general:

\[h = u + P\,v\]

donde \(u\) es la energía interna específica, \(P\) la presión y \(v\) el volumen específico. Su variación con la temperatura sigue la relación fundamental:

\[dh = c_p(T)\,dT + \left[v - T\left(\frac{\partial v}{\partial T}\right)_P\right]dP\]

Para gases ideales el segundo término desaparece y \(dh = c_p\,dT\); para fluidos reales (fases líquida o cerca del punto crítico) ambos términos importan. CoolProp integra estas ecuaciones contra ecuaciones de estado de referencia y devuelve el valor numérico directamente.

Aplicaciones típicas:

  • Diseño de procesos termodinámicos (dimensionado de intercambiadores, enfriadores, compresores)
  • Análisis de ciclos de potencia y refrigeración
  • Balances energéticos en reacciones químicas
import CoolProp.CoolProp as CP

#Define the input variables
T = 298.15     #Temperature [K]
P = 101325     #Pressure [Pa]

#Calculation of the enthalpy of air
H = CP.PropsSI('H', 'T', T, 'P', P, 'Air')

print(f"The enthalpy of air at {T} K and {P} Pa is {H:.4f} J/kg.")

Output:

The enthalpy of air at 298.15 K and 101325 Pa is 424436.0439 J/kg.

Curvas \(h(T)\) a \(1\,\text{atm}\) para varios fluidos comunes:

Enthalpy vs temperature

Observaciones del gráfico:

  • El agua (roja) muestra el clásico salto de evaporación cerca de \(373\,\text{K}\): la entalpía se dispara por el calor latente de vaporización (\(\approx 2260\,\text{kJ/kg}\)).
  • Aire, \(\text{N}_2\) y \(\text{CO}_2\) crecen casi linealmente — ninguno cambia de fase en ese rango, así que \(h \approx c_p \cdot T + \text{const}\).
  • La pendiente depende de \(c_p\): más alta para CO\(_2\) (poliatómico, más grados de libertad) que para aire o N\(_2\) (diatómicos).

Otras propiedades vía PropsSI:

  • "D" — densidad \(\rho\) [kg/m³]
  • "S" — entropía específica \(s\) [J/kg·K]
  • "U" — energía interna específica \(u\) [J/kg]
  • "C" — \(c_p\) [J/kg·K]
  • "V" — viscosidad dinámica \(\mu\) [Pa·s]
  • "L" — conductividad térmica \(k\) [W/m·K]

La sintaxis siempre es CP.PropsSI(prop, var1, val1, var2, val2, fluid) — dos variables de estado bastan (para sustancias puras en equilibrio) para fijar todo el estado termodinámico.

Instalación:

pip install coolprop

CoolProp incluye datos de referencia NIST para más de 120 fluidos puros y cientos de mezclas. Ver la lista completa en coolprop.org/fluid_properties/PurePseudoPure.html.

← Volver al blog