View
2.647
Download
6
Category
Preview:
Citation preview
Profesor: Manuel E. Cabarcas
TERMODINÁMICA DE HIDROCARBUROS
Profesor:Manuel E. Cabarcas Simancas
Sustancias Puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Sustancia pura
Una sustancia que tiene una composición química fija recibe el nombre de sustancia pura.
La mezcla de diferentes elementos o compuestos químicos también es una sustancia pura, siempre que la mezcla sea homogénea.
La mezcla de dos o más fases de una sustancia pura sigue siendo una sustancia pura, siempre que la composición química de las fases sea la misma.
N2 Aire
El nitrógeno y el aire gaseoso son sustancias puras
Vapor
Líquido
Vapor
Líquido
Una mezcla de agua líquida y gaseosa es una sustancia pura, pero una mezcla de aire líquido y gaseoso no lo es
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Una fase es un arreglo molecular distinto, homogéneo en todas partes y que se separa de las demás por medio de superficies de frontera fácilmente identificables.
Hay tres fases principales: sólida, líquida y gaseosa.
Una sustancia puede tener varias fases dentro de una sustancia principal, cada una con una estructura molecular diferente:
El carbón existe como grafito y diamante en la fase sólida.El hierro tiene tres fases sólidas (austenita, cementita y ferrita).El helio tiene dos fases liquidas. El hielo presenta siete fases diferentes a presiones elevadas.
Fase de una sustancia pura
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Fase de una sustancia pura
Sólido
Arreglo ordenado; Las moléculas están en posiciones fijas; las moléculas estás cerca la una de la otra.
Líquido
Desorden; los grupos de moléculas o cluster presentan movimiento libre con relación a otros grupos, las moléculas están cerca.
Gas
Total desorden; mucho espacio vacio; las moléculas tienen completa libertad de movimiento.
Enfriamiento o compresión
Calor o reducción de presión
Enfriamiento
Calentamiento
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Procesos de Cambio de Fase de Sustancias Puras
P = 1 atmT = 100 °C
P = 1 atmT = 20 °C
P = 1 atmT = 300 °C
P = 1 atmT = 100 °C
Líquido comprimido o subenfriado
Líquido saturado
Mezcla saturada de líquido-vapor
Vapor saturado
Vapor sobrecalentado
1
2
P = 1 atmT = 100 °C
3
4
5
Mezcla saturada
1
2
300
100
20
T °C
Liqui
do C
ompr
imid
o3
4
5
V
Vapo
r sob
reca
lent
ado
P=1a
tm
Diagrama T-v para el proceso de calentamiento del agua a presión constante
Profesor: Manuel E. Cabarcas
El líquido comprimido o líquido subenfriado no está a punto de evaporarse. Subsaturado.
Líquido saturado. Líquido en equilibrio con vapor a una presión y temperatura dadas. En el caso de sustancias puras, es el estado del líquido correspondiente al punto de burbujeo.
Vapor saturado. Vapor en equilibrio con un líquido, a una presión y temperatura dadas. En el caso de sustancias puras, es el estado de vapor correspondientes al punto de rocío.
La mezcla saturada líquido- vapor es aquella en la cual las fases líquida y vapor coexisten en equilibrio en estos estados.
Vapor sobrecalentado es aquel que no está a punto de condensarse.
Procesos de Cambio de Fase de Sustancias Puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
PuntoCrítico
Liquido saturado
Vapor saturado
T °C
374.14
0.003155 v, m3/kg
Diagrama T-v de una sustancia puraDiagrama T-v de una sustancia pura
Sustancias puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Presión de vapor. Es la presión que ejerce la fase de vapor en el recipiente que lo contiene, cuando el líquido y vapor de un componente puro se encuentran en equilibrio a determinadas condiciones de presión y temperatura.
Punto de rocio. Estado de un sistema completamente gaseoso en equilibrio con una infinitesimal de líquido.
Punto de burbujeo. Estado de un sistema completamente líquido en equilibrio con una cantidad infinitesimal de gas.
Curva de punto de rocío. Lugar geométrico de los puntos de presión y temperatura al cual se forma la primera gota de líquido, al pasar un sistema del estado de vapor al estado de dos fases. Comúnmente se denomina Curva de Rocío.
Curva del punto de Burbujeo. Lugar geométrico de los puntos de presión y temperatura al cual se forma la primera burbuja, al pasar unsistema del estado líquido, al estado de dos fases. Comúnmente se denomina Curva de Burbujeo.
Procesos de Cambio de Fase de Sustancias Puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
T
TC
PC
Volúmen específico (ft3/lbm)
Pre
sión
(ps
ia)
vL vg
2-Fases
Diagrama P-v de una sustancia puraDiagrama P-v de una sustancia pura
Sustancias puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Región de dos fases. Región (zona) encerrada por las curvas de punto de rocío y de burbujeo, en un diagrama presión-temperatura del sistema, donde el gas y líquido coexisten en equilibrio.
Temperatura crítica. Es la temperatura sobre la cual un gas no puede ser licuado, sin importar la presión aplicada.
Presión crítica. Presión sobre la cual el líquido y el gas no pueden existir, no importando la presión.
Procesos de Cambio de Fase de Sustancias Puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Lg
g
nnn
f+
=
( ) Lg vffvv −+= 1
f es la fracción molar de la fase gas (usualmente conocida como calidad):
Para un punto de saturación dado por las coordenadas (Psat , Tsat) se cumple:
Diagrama P-v de una sustancia puraDiagrama P-v de una sustancia pura
Sustancias puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
PuntoCrítico
Región de vapor
sobrecalentado
Región saturada de
líquido – vapor
Región de líquido
comprimido
T1=Const
P
v
Lineade vapor saturado
Líne
a de
liqu
ido
satu
rado
T2=Const>T1
P 2=C
onst
>P1
Lineade vapor saturado
Líne
a de
liqu
ido
satu
rado
Región de líquido
comprimido
PuntoCrítico
Región de vapor
sobrecalentado
P 1=
Cons
t
Región saturada de
líquido – vapor
T
v
Diagrama (T-v) y (P-v) de una sustancia puraDiagrama (T-v) y (P-v) de una sustancia pura
Sustancias puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Sustancias Puras
Temperatura
Pre
sión
Curva de sublimación (2 fases)
Pc
Tc
Punto triple(3 fases)
Curva de presión de vapor (2 fases)
Curva de fusión(2 fases)
Líquido (1 fase)
Punto crítico
Sólido(1 fase)
Vapor (1 fase)
Diagrama de fase para un solo componenteDiagrama de fase para un solo componente
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Sustancias Puras
Temperatura
Pre
sión
Pc
Tc
Curva de sublimación
Curva de fusión
Curva de presión de vapor
Punto crítico
Fluido supercrítico
SólidoLíquido
Vapor
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Sustancias Puras
Curva de presión de vapor para un solo componenteCurva de presión de vapor para un solo componente
Temperatura
Pre
sión
Isocoras
(líneas de densidad constante)
Pc
Tc
Líquido
Punto crítico
Vapor
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Sustancias Puras
dTdPVTH
satvap ∆=∆
( )=−=∆ satsatlv TPVVV ,@
=∆ vapH
Efectos de calor que acompañan los cambios de fases de sustancias purasEfectos de calor que acompañan los cambios de fases de sustancias puras
=dT
dPsat
PRTV =∆
( )TBAPsat −=ln
( )TC
BAPsat
+−=ln( ) 6lnln FTTD
TBAPsat ++−=
Ecuación Clapeyron
ft3/lbmol o cm3/g-mol
Calor latente de vaporización
ft3/lbmol o cm3/g-mol
Gas Ideal
satvapsat
PRTH
dTdP
2
∆=
Clausius - Clapeyron
∫ nIntegracio
Ecuación de AntoineEcuación Riedel
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Sustancias Puras
Efectos de calor que acompañan los cambios de fases de sustancias purasEfectos de calor que acompañan los cambios de fases de sustancias puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Línea triple
Sólido
VolúmenSólido
Líquido
Pre
sión
Gas
PuntoCrítico
Temperatura
Superficie PVTSuperficie PVT
Sustancias Puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Superficie PVT de una sustancia que se contrae al congelarse
Superficie PVT de una sustancia que se expande al congelarse
Superficie PVTSuperficie PVT
Sustancias Puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Problema 1 . Se construye un depósito de 400 m3 para contener gas natural licuado, GNL, que se supone equivale a metano esencialmente puro. Si el depósito debe contener 90 % de líquido y 10 % de vapor, en volúmen, a 100 kPa. ¿ Qué masa de GNL (kg) contendrá el depósito?. ¿Cuál es la calidad del depósito?.
Problema 2. El depósito del problema anterior se calienta a razón de 5°C por hora a causa de una falla en el sistema de refrigeración. El diseño del depósito soporta una presión de 600 kPa. ¿De cuánto tiempo se dispone para reparar el sistema antes de que alcance la presión de diseño?.
Problema 3. 30 libras de metano se mantienen en un recipiente cerrado a 100 °F. El volumen del contenedor es de 2 pies. Calcular el volumen del gas en el contenedor.
Procesos de Cambio de Fase de Sustancias Puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Procesos de Cambio de Fase de Sustancias Puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Procesos de Cambio de Fase de Sustancias Puras
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Fundamentos de termodinámica de Van Wylen
Termodinámica Tomo I de Yunus A. Cengel
The Properties of Petroleum Fluids. William D. MacCain
Bibliografía
Profesor: Manuel E. Cabarcas
Fin de la Presentación
Gracias Por su Atención
Recommended