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PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS
UNIDAD 1-C
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CONTENIDOS:
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1.C. Sustancias puras. Concepto de sustancia pura y de fase. Propiedades P-v-T de una sustancia pura. Fases de equilibrio: vapor-líquido-sólido. Diagramas T-v ; P-T y P-v Ecuaciones para una mezcla saturada líquido vapor. Superficie de estado P-v-T. Tablas de propiedades termodinámicas.
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BIBLIOGRAFÍA:
• Cengel, Yunus A. ; Boles, Michael A. TERMODINÁMICA . Edit. Mc. Graw Hill •Calderón, Lisando H. Apuntes de Termodinámica . Capítulo 1
SUSTANCIA PURA: Tiene una composición química fija. Ej.: AGUA ; NITRÓGENO ; HELIO Si existe en más de una fase: Debe tener igual composición en todas las fases Ej.: AGUA CON HIELO
Caso particular: AIRE
4 si no
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ESTADO DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA:
Considerando el estado físico, la materia puede encontrarse como sólido, líquido o gas, en los cuales la disposición de los átomos y moléculas es diferente
Sólido: Las moléculas están en posiciones relativamente fijas
Líquido: Los grupos de moléculas pueden apartarse entre sí
Gas: Las moléculas se mueven al azar, no hay orden molecular
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FASE: Cualquier región de la materia donde las propiedades intensivas tienen el mismo valor en cualquier punto. Tienen composición química y estado de agregación uniformes. Las fases se separan entre sí por superficies perfectamente identificables (interfase)
Dos fases en equilibrio
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SUSTANCIAS SIMPLES COMPRESIBLES:
Carecen de efectos significativos de superficie, efectos magnéticos y eléctricos.
Puede intercambiar trabajo cuasiestático fundamentalmente gracias a un cambio de volumen.
PROPIEDADES P v T
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IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES P - v - T : Herramienta indispensable para el estudio de los ciclos que se llevan a cabo con fluidos condensables, Propiedades directamente mensurables, que servirán de base para conocer el valor de otras propiedades no mensurables directamente como U, H ó S.
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FASES DE EQUILIBRIO VAPOR - LÍQUIDO EN UNA SUSTANCIA PURA
SUSTANCIA PURA: AGUA
Agua en dispositivo cilindro – pistón, a 1 atm y 20 °C Se suministra Q a presión constante
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Se calienta el agua, a 1 atm, desde 20°C hasta 100°C (Leve aumento de volumen)
SE SUMINISTRA Q A PRESIÓN CONSTANTE:
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Al llegar a 100°C, la temperatura ya no sube y comienza a evaporarse el líquido a P y T constantes.
“v” aumenta considerablemente
T: Temp. de saturación
P: Presión de saturación
SE SUMINISTRA Q A PRESIÓN CONSTANTE:
Fase vapor: Vapor saturado
Fase Líquido: Líquido saturado
VAPOR HÚMEDO ó MEZCLA SATURADA LÍQUIDO-VAPOR
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SE SUMINISTRA Q A PRESIÓN CONSTANTE:
La evaporación a P y T constantes continúa hasta que se ha
vaporizado todo el líquido
VAPOR SATURADO SECO
Cuando ya se ha evaporado todo el líquido y se encuentra
como vapor, comienza a subir la temperatura del vapor
VAPOR SOBRECALENTADO
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Cuando el líquido está a una temperatura menor que la Tsat a esa presión
LIQUIDO COMPRIMIDO
Como también está a una presión mayor que la de saturación a esa temperatura
LIQUIDO SUBENFRIADO
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Cambio de fase desde líquido subenfriado hasta vapor sobrecalentado del agua, a 1 atm.
1)- Líquido subenfriado ; 2)-Líquido saturado;
3)-Vapor húmedo o Mezcla saturada líq-vap ;
4)-Vapor saturado (“seco”)
5)-Vapor sobrecalentado
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Diagrama Temperatura – Volumen específico
Diagrama Temperatura – Volumen específico
En 2-4 :
x : Título o calidad del vapor húmedo
3 4
5
16
1
2
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Diagrama Temperatura – Volumen específico
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Sin interfase
Diagrama Temperatura – Volumen específico
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Diagrama Presión – Temperatura (agua)
P = cte
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Psat = f (Tsat)
1 5 2, 3, 4
Diagrama Presión – Volumen específico
Para T=150°C Psat= 476,16 kPa
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Diagrama Presión – Volumen específico Sin
interfase
Mezcla saturada líquido vapor
VAPOR HÚMEDO
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Mezcla saturada líquido vapor
Dividiendo por mt
O también
Donde vfg = vg – vf 23
Mezcla saturada líquido vapor
Si se despeja “x” :
fg
f
vv
vvx
O también:
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Fig. 9
Curvas de título
constante
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Diagrama P-v para el AGUA
Mezcla saturada líquido vapor
Repitiendo el razonamiento para otras propiedades
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Propiedades independientes de una sustancia pura
Si la sustancia está en una sola fase Dos propiedades son independientes (Ej. T y P) , el resto queda fijado.
Si la sustancia está en dos fases (vapor húmedo) T y P no son independientes ya que Tsat = f (Psat). Además de T ó P debe fijarse “x” ó “v”.
27
POSTULADO DE ESTADO: El estado de equilibrio de un sistema compresible simple
se especifica por completo mediante dos propiedades intensivas independientes
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SUPERFICIE DE ESTADO DE UNA SUSTANCIA PURA (Se contrae al pasar de líquido a sólido)
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DIAGRAMA DE FASES (P – T) Sustancia que se contrae al pasar de líquido a sólido
A la P y T del punto triple, la
sustancia existe en tres fases en
equilibrio
Punto
triple
Punto
crítico
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DIAGRAMA P – v incluyendo la fase sólida Sustancia que se contrae al pasar de líquido a sólido
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SUPERFICIE DE ESTADO DE UNA SUSTANCIA PURA (Se dilata al pasar de líquido a sólido)
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DIAGRAMA P – v incluyendo la fase sólida Sustancia que se expande al pasar de líquido a sólido
(Ej: agua)
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DIAGRAMA DE FASES (P – T) Sustancia que se expande al pasar de líquido a sólido
TABLAS DE PROPIEDADES P - v - T para el agua. (WARK-RICHARDSON)
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ESTADO DE REFERENCIA PARA EL AGUA: Liq. Sat. en el pto. Triple (0,01°C)
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TABLAS DE PROPIEDADES P – V - T para el agua
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TABLAS DE PROPIEDADES P – V - T para el agua
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TABLAS DE PROPIEDADES P – V - T para el agua
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F I N