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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

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5

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1

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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”.

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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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