REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA

“ANTONIO JOSE DE SUCRE”ESCUELA: MECÁNICA INDUSTRIAL

AMPLIACIÓN GUARENASTERMODINÁMICA

Autor:Anthony Díaz

C.I.: 24.335.642

Guarenas, mayo de 2016

SUSTANCIA PURA

Una sustancia química es cualquier material con una composición

química definida, sin importar su procedencia.

Una sustancia pura no puede separarse en otras sustancias por

ningún medio mecánico. Estas sustancias pueden clasificarse en dos grupos;

elementos y compuestos. Los elementos están formados por átomos de un

mismo número atómico y los compuestos puros son combinaciones de dos o

más elementos en una proporción definida. Sustancias químicas típicas que

se pueden encontrar en el hogar son agua, sal (cloruro de sodio) y azúcar

(sacarosa). En general, las sustancias existen como sólidos, líquidos, o

gases, y pueden transformarse entre estos estados de la materia mediante

cambios en la temperatura o presión.

El concepto de sustancia química se estableció a finales del siglo XVIII

con los trabajos del químico Joseph Proust sobre la composición de algunos

compuestos químicos puros tales como el carbonato cúprico. Proust dedujo

que:

“todas las muestras de un compuesto tienen la misma composición; esto es, todas las muestras tienen las mismas proporciones, por masa, de los elementos presentes en el compuesto”

Esto se conoce como la ley de las proporciones definidas, y es una de

las bases de la química moderna.

EQUILIBRIO DE FASESEl equilibrio de fases hace referencia a la ausencia de cualquier

transferencia neta de una o más especies químicas de una fase a otra en un

sistema multifásico.

Tomando en cuenta que cualquier sistema evoluciona de forma

espontánea hasta alcanzar el equilibrio, y que es posible determinar si un

sistema está en equilibrio con su entorno si la S universo o si las funciones

de estado del sistema U, H, A y G permanecen constantes con el tiempo. En

caso contrario analizando como variarían estas funciones de estado se

puede determinar en qué sentido evolucionará el sistema, para lo cual se

emplean las ecuaciones de Gibbs.

Así, la condición de equilibrio material en un sistema compuesto por

varias fases y especies es   , condición que se cumple cuando

no hay cambios macroscópicos en la composición del sistema, ni transporte

de materia de una fase a otra del sistema.

Al estudiar dos fases en la termodinámica no es necesario tomar en

cuenta la estructura molecular y el comportamiento de las fases, pero es muy

útil entender los fenómenos moleculares de cada fase 

Las moléculas en un sólido están dispuestas en un patrón

tridimensional que se repite por todo el sólido; el espacio molecular en la fase

liquida las moléculas ya no están en posiciones fijas entre si y pueden girar y

trasladarse libremente; en la fase gaseosa las moléculas están bastante

apartada, no existe el orden molecular, sus fuerzas moleculares son

pequeñas, son de bajas densidades, entre otros.

El agua en fase liquida se le llama liquido comprimido o liquido sub-

enfriado, ya que no está a punto de evaporarse; sin embargo, un liquido que

está a punto de evaporarse se le llama liquido saturado. Un vapor que está a

punto de condensarse se llama vapor saturado; y también se les conoce

vapor húmedo o mezcla saturada de liquido-vapor a los estados en fase

liquida y vapor, esto debido a que coexisten en equilibrio 

A una determinada presión la temperatura a la que una sustancia pura

cambia de fase se le llama temperatura de saturación, de igual modo para la

presión y se le llama presión de saturación. 

Vapor liquido de un sólido en una sustancia pura Presión de saturación que muestra la presión de saturación a varias

temperaturas o temperatura de saturación contra la presión se encuentran

disponibles para cualquier sustancia pura y se denomina curva de saturación

de líquido-vapor.  Específicamente, la cantidad de energía absorbida durante el proceso

de fusión se llama calor latente de fusión y equivale a la energía liberada

durante la congelación. La cantidad de energía absorbida durante el proceso

de vaporización se denomina calor latente de vaporización, y es equivalente

a la cantidad de energía liberada durante la condensación. El

comportamiento de una sustancia pura respecto a sus diferentes fases -

sólido-líquido-gaseoso - se representa en los diagramas de equilibrio P-T.

Los principios básicos presentados en los procesos de cambio de fase

líquido-vapor se aplican del mismo modo a los procesos de cambio de fase

sólido-líquido-vapor. Cuando hablamos de líquido mas vapor se

sobreentiende que existe la "Calidad". La calidad es la cantidad de masa de

vapor con respecto a la cantidad de masa total de la sustancia. Es decir, si

está como toda vapor, calidad = 1, si está como todo líquido, calidad = 0,

porque no hay nada de masa en fase vapor debido a que toda la masa está

como líquido.

PROPIEDADES INDEPENDIENTES DE UNA SUSTANCIA PURAUna razón importante para introducir el concepto de una sustancia

pura es que el estado de una sustancia pura, comprensible, simple (es decir

una sustancia pura en ausencia de movimiento, gravedad y efectos de

superficie, magnéticos o eléctricos) se define por dos propiedades

independientes. Por ejemplo, si se especifican la temperatura y el volumen

especifico del vapor sobrecalentado, se determina el estado del vapor. Para

comprender la importancia del término propiedad independiente, considérese

los estados de líquido saturado y vapor saturado de una sustancia pura.

Estos dos estados tienen la misma presión y la misma temperatura,

pero definitivamente no son el mismo estado. Por lo tanto, en un estado de

saturación, la presión y la temperatura no son propiedades independientes.

Para especificar el estado de saturación de una sustancia pura se requieren

dos propiedades independientes como la presión y el volumen específico, o

la presión y la calidad.

Para una masa de control difásica, la calidad varía desde 0, cuando la

masa de control está compuesta únicamente de líquido saturado, hasta 1,

cuando está constituida únicamente por vapor saturado. Con frecuencia, la

calidad también se expresa como un porcentaje. Obsérvese que la calidad

sólo está definida para la mezcla difásica constituida por líquido y vapor.

El volumen del sistema a lo largo de la línea difásica es: V= Vliq+ Vvap

Si consideramos una masa m que tiene una calidad x. La expresión anterior

definirá el volumen o sea la suma del volumen del líquido y el volumen del

vapor.

En términos de la masa, la ecuación anterior se puede escribir en la

forma mv = m liq v liq + m vap v vap Ya se había definido v f, para referirnos

al volumen especifico del líquido saturado y v g , para el volumen especifico

del vapor saturado, ahora bien la diferencia entre estos dos v g - v f ,

representa el incremento en volumen especifico cuando el estado cambia de

líquido saturado a vapor saturado y de identifica como v fg.

ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE DE VAPORA partir de observaciones experimentales se ha establecido que el

comportamiento, según las propiedades P, v y T, de gases a baja densidad,

está representado muy aproximadamente por la siguiente ecuación de

estado. Pv = RgTen donde, Rg = Ru/M.en que Rgdel gas, M el peso molecular

y Ru es la constante universal de los gases. El valor de Ru depende de las

unidades elegidas para P, v y T. Los valores que se usarán más frecuencia

en este texto son: Ru = 848 kgfm/kgmol ºK = 1545 pies lbf/lbmol ºR = 1.987

Btu/lbmol ºREs cuando el Número de mach es mayor que " 0.3" por lo cual

se presenten variaciones apreciables de densidad. Cuando ocurre lo anterior

quiere decir que las variaciones de las presiones y temperaturas también son

significativas. Esas grandes variaciones de temperatura implican que las

ecuaciones de la energía siguientes no se pueden despreciar.

 Estas ecuaciones se resuelven simultáneamente para obtener las

cuatro incógnitas siguientes: 1.- Presión 2.- Densidad3.- Temperatura4.-

Velocidad

Nota: Se supone flujo adiabatico reversible ó isoentrópico y que laVelo

cidad es del mismo orden de magnitud que la velocidad del sonido.Hay

varias situaciones prácticas en que dos fases de una sustancia pura

coexisten en equilibrio. El agua existe como una mezcla de líquido y vapor en

la caldera y en el condensador de una central termoeléctrica. En vista de que

es una sustancia común, se empleará el agua para demostrar los principios

básicos. Recuerde que en todas las sustancias puras se observa el mismo

comportamiento general.

SUPERFICIES TERMODINÁMICASEl tema que se trata en este capítulo se puede resumir

adecuadamente al considerar una superficie de presión volumétrica

especifico-temperatura. En la imagen se muestra una sustancia como

el agua donde el volumen especifico disminuye durante la congelación, y en

otra el proceso contrario, donde el volumen aumenta durante el proceso

de congelación.

  En estos diagramas la presión, el volumen especifico y la temperatura

se grafican sobre coordenadas mutuamente perpendiculares y así,

cada posible estado de equilibrio está representado por un punto sobre la

superficie. Esto se deduce directamente del hecho de que una sustancia

pura contiene únicamente dos propiedades intensivas independientes. Todos

los puntos a lo largo de un proceso se encuentran sobre la superficie ya que

este proceso siempre pasa a través de los estados de equilibrio.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Moran, M. J.; Shapiro, H. N (2004). Fundamentos de termodinámica técnica IIedición en Español correspondiente a la 4. Edición original. Editorial. Reverté, S.A.: Barcelona.

Rodríguez R., Ruiz S., Urieta N. (2009), Termodinámica Química Editorial Síntesis Editorial McGraw-Hill: México, D.F.

Criado S. Casas V. (2004)“Termodinámica Química y de los Procesos Irreversibles” 2º edición; Editorial. Pearson Addison Wesley;Madrid

Martínez I.: (2009) Termodinámica Básica y aplicada. Editorial McGraw-Hill: México, D.F.