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Sp ISSN 00S1 - 33S7
1 i lSILii
por
J.AIberdi PrimiciaT.A.Martínez Piquer
CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES
B24SODIUMPHYSICAL PROPERTIESHIHG TEMPERATUREVER Y HIGH TEMPER ATURETEMPERATURE DEPENDENCETABLESFORTRAM
Toda correspondencia en relación con este traba-jo debe dirigirse al Servicio de Documentación Bibliotecay Publicaciones, Junta de Energía Nuclear, Ciudad Uni-versitaria, Madrid-3, ESPAÑA.
Las solicitudes de ejemplares deben dirigirse aeste mismo Servicio.
Los descriptores se han seleccionado del Thesaurodel INTS para-describir las materias que contiene este in-forme con vistas a su recuperación. Para más detalles consúltese el informe IS.EA-INIS-12 (INIS: Manual de Indiza-cion) y IAEA-INIS-13 (INIS: Thesauro) publicado por el Or-ganismo Internacional de Energía Atómica.
Se autoriza la reproducción de los resúmenes ana-líticos que aparecen en esta publicación.
Este trabajo se ha recibido para su impresión enAgosto de 1977.
Depósito legal nS M-38038-1977 I.S.B.N. 84-500-2321-1
_ 1 _
Í N D I C E
Página
Nomenclatura 3
1. Introducción 4
2. Propiedades físicas. Generalidades 4
2.1. Propiedades mecánicas . 5
2.2. Propiedades termodinámicas 6
2.3. Propiedades varias 8
Bibliografía 9
Lista de Tablas:
Densidad . 10
Viscosidad absoluta 11
Tensión superficial 12
Conductividad térmica 13
Entalpia del líquido saturado 14
Entropía del líquido saturado '. 15
Calor específico a presión constante .............. 16
Calor de vaporización 17
Entropía de vaporización 18
Presión de saturación del Vapor 19
Número de Prandtl 20
Resistividad eléctrica 21
Peso molecular . 22
Lista de figuras:
Densidad . 23
Viscosidad absoluta 24
Tensión superficial ............................... 25
Conductividad térmica ............................. 26
Entalpia del líquido saturado 27
Entropía del líquido saturado 28
- 2 -
Página
Calor específico a presión constante 29
Calor de vaporización 30
Entropía de vaporización • 31
Presión de saturación del vapor 32
Número de Prandtl 33
Resistividad eléctrica 34
Peso molecular 35
Nomenclatura
- 3 -
Símbolos Denominación
Cp . Calor específico a presión constante
h « Entalpia
h Calor de vaporización
k ................ Conductividad térmica
M ................ Peso molecular
N Fracción molar
p Presión
PR Número de Prandtl
s Entropía
Sv Entropía de vaporización
T Temperatura
o ................ Densidad
n . Viscosidad
p Resistividad eléctrica
0 ................ Tensión superficial
Subíndices.
s Saturación
v ................ Vaporización
1 . Monoatómico
2 . Biatómico
4 Tetratomico
1. INTRODUCCIÓN
Gran parte de la importancia actual del sodio líquido es debida
a su empleo como refrigerante en el denominado LMFBR (Líquid Me-
tal Fast Breeder Reactor), el cual tiene en estos momentos gran
prioridad en el programa de desarrollo de reactores.
Este informe presenta las principales propiedades del sodio lí-
quido, en el margen de temperaturas de 120-1400°C, en forma ta-
bulada y en sus correspondientes representaciones gráficas, ha-
biendo sido utilizado para ello programas de cálculo en Fortran
IV.
Los primeros datos sobre propiedades del sodio líquido aparecie-
ron en el Manual de Metales Líquidos (1) orientados especialmen-
te hacia aplicaciones en ingeniería. Posteriormente fueron apa-
reciendo diversas publicaciones al respecto, entre las que desta/
can los trabajos de Thomson y Garelis(2), Stone(3), Dunning(4),
Achener(5) y Golden y Tokar (6). Gran parte de las ecuaciones utjl
lizadas en el presente informe son las recomendadas por estos ul
timos autores, cuyo trabajo ha servido también de base a public_a
ciones sobre el mismo tema del C.E.A. francés (7) y del G.f.K.
alemán (8).
Las unidades en que se expresan los resultados son las fijadas
por el Sistema Internacional.
2. PROPIEDADES FÍSICAS.. GENERALIDADES
El sodio es el sexto metal más abundante en la corteza terrestre
y debido a su gran reactividad química nunca se encuentra en es-
tado libre. Fue descubierto por Sir Humphry Davy en Inglaterra en
- 5 -
1807 durante unas experiencias cuyo fin era estudiar el comporta-
miento del hidroxido de sodio en una corriente eléctrica. El so-
dio comerciáis que es fabricado a partir de la mezcla eutectica
NaCl-CaCl-, posee una pureza del 99.95% (9). Es un metal blanco
plateado, dúctil y maleable que tiene una densidad ligeramente
inferior a la del agua con la que reacciona violentamente. Funde a
97.8°C siendo su calor de fusión 113.07 KJ/Kg. Su cambio de
volumen en la fusión es del +2.7% a 1 bar de presión. La tempera,
tura de vaporización a 1 bar es de 881°C. Su calor de vaporiza-
ción es de 3870.68 KJ/Kg. Durante este cambio de estado el vapor
forma capas finas de color ligeramente azulado, el cual a altas
temperaturas torna a amarillo. En el vapor saturado coexisten en
equilibrio el sodio monoatómico y el biatómico, si bien según los
últimos trabajos de Stone, existen además cantidades muy pequeñas
de sodio tetratomico, cuya concentración se ve favorecida con el
aumento de la temperatura.
Las propiedades físicas pueden ser divididas en:
- Propiedades mecánicas
- Propiedades termodinámicas
- Propiedades varias
2.1. Propiedades mecánicas
a) Densidad
La expresión que define la densidad es:
S = 0.9501-2.297xl0""4T-1.46xl0-8T2+5.368xl0"':L2T3
-3donde T se expresa en grados centígrados y la densidad en Kg.m
- 6 -
b) Viscosidad absoluta
log ti = 0.5108 + 220.65/T - 0.4925 Ig T - 3
— 2estando T en grados Kelvin y la viscosidad en N.s.m
c) Tensión superficial
o = (206.7-0.1T) x 10"3
siendo la temperatura grados centígrados y la tensión superficial
N.nT1
2.2. Propiedades termodinámicas
a) Conductividad térmica
k = 93-0.581xl0-1T+l.173xl0~5T2
expresándose T en grados centígrados y la conductividad en
w.m"1."C"1
b) Entalpia del líquido saturado
h = 903.35T-0.1284T2+0.2640xl0~4T3-67397.85
siendo la temperatura grados Rankine y la entalpia J.Kg
c) Entropía del líquido saturado
S = 3747.36 log T-0.4621T+0.7123xl0~4T2-7490.67
estando T en grados Rankine y la entropía en J.Kg" .°C
d) Calor específico a presión constante.
Cp - .1434.74-0.5797T+0.4616xl0~3T2
donde T es la temperatura en grados centígrados y el calor especí-
fico en J.Kg""1 . "C"1.
_ 7 -
e) Calor de vaporización
N,Ah.+NnAho+N.Ah,-( l l 2 2 4_ 4 •) x 480h
M
donde:
N = moles de Na
N_ = moles de Na_
N. ~ moles de Na,4 4
Ah1 = 25980,7-2.213T+7.063xl0"4T2-l.453xl0-7T3 (entalpia de vapo-
rización del Na)
Ah9 = 33657.4-4.426T+1.412xl0~3T2-2.905xl0~7T3 (entalpia de vapori
zacion del Na )
Ah4 = 62444.8-8.852T+2.825xl0~3T2-5.810xl0""7T3 (entalpia de vaporó^
zacion del Na.)
siendo h el calor de vaporización en J.kg y la temperatura en
grados Rankine.
f) Entropía de VaporizaciónAh
bv "
Donde T es la temperatura en grados Kelvin y S la entropía de- 1 - 1 V
vaporización en J.Kg ,°C
g) Presión de saturación del vapor
log P = 6.354-5567/1-0.5 log. T, para 393°K¿ T é. 1133°K
log P = 6.6808-5544.41/T-O.6134 log 1} para 1133°K^Té 1673°K
siendo T la temperatura en grados Kelvin y P la presión en atmos-
_2feras, si bien el resultado se expresa en N.m .
h) Número de Prandtl
PR = n.Cp/k
siendo ri , Cp y k valores ya calculados.
2.3. Propiedades varias
a) Resistividad eléctrica
p = 6.144xl0""8+3.504xl0~10ir+5.695xl0~14T2 + l. 167xlO"16T3
estando expresada T en grados centígrados y la resistividad en
ti.m
b) Peso molecular
M = 22.99 {N1+2N2+N4>
siendo N., No y N, las concentraciones molares ya referidas y
calculadas según:
N. , como resultado real positivo de la ecuación,
3 4 2P K N + PK N + N —1 — 0
donde P es la presión de saturación del vapor, K? la constante
de equilibrio de la reacción 2Na = Na« y K, la constante de
equilibrio de la reacción 4Na = Na,.
K toma el Valor : log K = 7204.2/T - 4.325 y,
K. el valor de: log K. - 16325/T - 10.68.4 4
En estas últimas expresiones T es la temperatura en grados Rankine,
— 9 —
B I B L I O G R A F Í A
1.- MILLER, R.R. y EPSTEIN, L.F.: Liquid Metals Handbook. Sodium-
NaK Supplement. USAEC Report TID-5277. July 1955.
2.- THOMSON, G.W. y GARELIS, E.: Sodium Its Manufacture and Uses.
Sittig, M. Reínhold Publishíng Corporation. New York. 1956.
3.- STONE, J.P.: High Temperature PVT Properties of Sodium, Pota-
ssium, and Cesium. J. Chem. Eng. Data, 11: 309-314. 1966.
4.- DUNNING, E4L.: The Thermodynamic and Transport Properties of
Sodium and Sodium Vapor. ANL-6246. Illinois. October 1960.
5.- ACHENER, P.V.: Thermophysical and Heat Transfer Properties of
Alkali.Metals. AGN-8195. San Ramón. California, April 1968.
6.- GOLDEN, G.H. y TOKAR, J.V.: Thermophysical Properties of Sodium
ANL-7323. Illinois. August 1967.
7.- GIRARD, J.: Propiétés physiques du sodium liquide. Recommanda-
tion núm. 1. Commissariat a l'Energie Atomique. Centre d'etudes
nucleaires de Cadarache. Décembre 1974.
8.- PEE, A.: Stoffdaten von Natrium. KFK 924. Kernforschungszentrum
Karlsruhe. Februar 1969.
9.- FOUST, O.J.: Sodium-NaK Engineering Eandbook. Volume I.
Gordon and Breach, Science Publishers, Inc. New York. 1972.
- 10 -
DENSIDAD
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- 11 -
VISCOSIDAD ABSOLUTA
TEMPERATURA EN GRADOS CENTÍGRADOS
VISCOSIDAD EN N&S/M2
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3.76-
3.68-
3.60-
3.52-
3.44 -
3.36-
3.28-
3.20-
3.12 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1—
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
TEMPERATURA °Cx10,-1
- 31 -
1.200-
1.150 -
1.100-
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TEMPERATURA °C x 10"1
- 32 -
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TEMPERATURA °C x 10~1
- 33 -
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TEMPERATURA oCx10. - i
- 34 -
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0.49-
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0.19-
0.14-
0.09-
0.0410 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
TEMPERATURA °C x 10',-1
- 35 -
30.40-
30.00-
29.60-
29.20-
28.80-
28.40-
28.00-
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25.20-
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10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
TEMPERATURA o Cx10 -1
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Junta de Energía Nuclear, División de Ingeniería, Madrid."Propiedades f ís icas de l sodio l í q u i d o " .
ALBERDI PRIMICIA, J . y MARTÍNEZ PIQUER, T.A. (1977) 35 pp. 13 f igs . 9 refs.-El sodio líquido ha sido el elemento aceptado como refrigerante de la primera gene-
ración de reactores rápidos, por lo que ün elevado conocimiento de su tecnología esbase para el desarrollo de los próximos reactores reproductores rápidos.
Con el f i n de proporcionar una serie de datos necesarios para el proyecto de insta-laciones en que se u t i l i z a el sodio líquido, el presente informe recoge en forma detablas y gráficos las principales propiedades f :i .icas del sodio en el margen de tempe-raturas de 1200-1400 °C. Los resultados han sido obtenidos a par t i r de .ecuaciones quedan el valor de las diversas propiedades en función de la temperatura, utilizando parae l lo programas de cálculo en Fortran IV.
CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES: B24. Sodium. t ,,ysical properties. Hihg temperatura.Very high temperature. Temperature dependence. Tables. Fortram.
J.E.N. 389
Junta de Energía Nuclear, División de Ingeniería, Madrid."Prop iedades f ís icas de l sodio l í qu i do " .
ALBERDI PRIMICIA, J . y MARTÍNEZ PIQUER, T.A. (1977) 35 pp. 13 f igs . 9 refs.El sodio líquido ha sido el elemento aceptado como refrigerante de la primera gene-
ración de reactores rápidos, por lo que un elevado conocimiento de su tecnología esbase para el desarrollo de los próximos reactores reproductores rápidos.
Con el f i n de proporcionar una serie de datos necesarios para el proyecto de insta-laciones en que se u t i l i z a el sodio líquido, el presente informe recoge en forma detablas y gráficos las principales propiedades físicas del sodio en el margen de tempe-raturas de 1200-1400 °C. Los resultados han sido obtenidos a par t i r de ecuaciones quedan el valor de las diversas propiedades en función de la temperatura, utilizando parael lo programas de cálculo en Fortran IV.
CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES: B24. Sodium. Physical properties. Hihg temperature.Very high temperature. Temperature dependence. Tables. Fortram.
J.E.N. 389
Junta de Energía Nuclear, División de Ingeniería, Madrid."Propiedades f ís icas de l sodio l í q u i d o " .
ALBERDI PRIMICIA, J . y MARTÍNEZ PIQUER, T.A. (1977) 35 pp. 13 f i gs . 9 refs.El sodio líquido ha sido el elemento aceptado como refrigerante de la primera gene-
ración de reactores rápidos, por lo que un elevado conocimiento de su tecnología esbase para el desarrollo de los próximos reactores reproductores rápidos.'
Con el f i n de proporcionar una serie de datos necesarios para el proyecto de insta-laciones en que se u t i l i za el sodio líquido, el presente informe recoge en forma detablas y gráficos las principales propiedades f ís icas del sodio en el margen de tempe-raturas de 1200-1400 °C. Los resultados han sido obtenidos a par t i r de ecuaciones quedan el valor de las diversas propiedades en función de la temperatura, utilizando parae l lo programas de cálculo en Fortran IV.
CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES: B24. Sodium. Physical properties. II?hg temperature.Vcry high temporaturo. Temperature dependence. Tables. Fortram.
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Junta de Energía Nuclear, División de Ingeniería, Madrid."Prop iedades f ís icas de l sodio l í qu ido " .
ALBERDI PRIMICIA, J . y MARTÍNEZ PIQUER, T.A. (1977) 35 pp. 13 f i gs . 9 refs.El sodio líquido ha sido el elemento aceptado como refrigerante de la primera gene-
ración de reactores rápidos, por lo que un elevado conocimiento de su tecnología esbase para el desarrollo de los próximos reactores reproductores rápidos.
Con el f i n de proporcionar una serio de datos necesarios para el proyecto de insta-laciones en que se u t i l i za el sodio líquido, el presente informe recoge en forma detablas y gráficos las principales propiedades físicas del sodio en el margen de tempe-raturas de 1200-1400 °C. Los resultados han sido obtenidos a par t i r de ecuaciones quedan el valor de las diversas propiedades en función de la temperatura, util izando parael lo programas de cálculo en Fortran IV.
CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES: B24. Sodium. Physical properties. Hihg temperature.Very high temperature. Temperature dependence. Tables. Fortram.
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"Physical properties of liquicl sodium".ALBERDI PRIMICIA, J . and MARTÍNEZ PIQUER, T.A. (19/7)-35 pp. 13 f i gs . 9 refs.
The molten sodium has been the more accepted coolant for the f i r s t generation of FBR,by this reason the knowledge of i t s technoiogy is needed fo r the deveíopment of thenext LMFBR.
Therefore th is report gives a series of necessary data f o r designing sodium l iqu id .systems. The report gathers together tables and graphics about the most important physi-cal sodium properties betwoen 1200-1400 C.
The-results has been obtained from equations that relate the properties with tempera-ture using a FORTRAN IV program.
INIS CLASSIFICATION AND DESCRIPTORS: B24. Sodium. Physical properties. llihg temperature.Very high temperature. Temperature dependence. Tables. Fortram.
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Junta de Energía Nuclear, División de Ingeniería, Madrid.
"Physical properties of liquid sodium".ALBERDI PRIMICIA, J . and MARTÍNEZ PIQUER, T.A. (1977) 35 pp. 13 f i gs . 9 refs.
The molten sodium has been the more accepted coolant for the f i r s t generation of FBR,by th is reason the knowledge of i t s technoiogy is needed for the deveíopment of thenext LMFBR.
Therefore th is report gives a series of necessary data for designing sodium l iqu idsystems. The report gathers together tables and graphics about the most important physj.cal sodium properties between 1200-1400 °C.
The' results has been obtained from equations that relate the properties with temperature using a FORTRAN IV program.
INIS CLASSIFICATION AND DESCRIPTORS: B24. Sodium. Physical properties.High temperature.Very high temperature. Temperature dependence. Tables. Fortram.
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Junta de Energía Nuclear, División de Ingeniería, Madrid." P h y s i c a l p roper t i es of l i qu id sod ium" .
ALBERDI PRIMICIA, J . and MARTÍNEZ PIQUER, T.A. (1977) 35 pp. 13 f i g s . 9 refs.The molten sodium has been the inore accepted coolant for the f i r s t generation of FBR,
by th is reason the knowledge of i t s technoiogy i s needed for the deveíopment of thenext LMFBR.
Therefore th is report gives a series of necessary data for designing sodium l iqu idsystems. The report gathers together tables and graphics about the most important physi-cal sodium properties between 1200-1400 °C.
The results has been obtained from equations that relate the properties with tempera-ture using a FORTRAN IV program.
INIS CLASSIFICATION AND DESCRIPTORS: B24. Sodium. Physical properties. llihg temperature.Very high temperature. Temperature dependence. Tables. Fortram.
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Junta de Energía Nuclear, División de Ingeniería, Madrid."Physical properties of liquid sodium".
ALBERDI PRIMICIA, J . and MARTÍNEZ PIQUER, T.A. (1977) 35 pp. 13 f igs . 9 refs. 'The molten sodium has been the more-accepted coolant for the f i r s t generation of FBR,
by th is reason the knowledge of i t s technoiogy is needed for the deveíopment of thenext LMFBR.
Therefore th is report gives a series of necessary data for designing sodium l iquidsystems. The report gathers together tables and graphics about the most important physi-cal sodium properties between 1200-1400 °C.
The results has been obtained from equations that relate the properties with tempera-ture using a FORTRAN IV program.
INIS CLASSIFICATION AND DESCRIPTORS: B24. Sodium. Physical properties. llihg temperature.Very high temperature. Temperature dependence. Tables. Fortram.