UNIDAD 2 PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS Claudia Patricia

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UNIDAD 2: PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS Claudia Patricia Parra Medina M. Sc. Ingeniería Mecánica

UNIDAD 2: PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS Claudia Patricia Parra Medina M. Sc. Ingeniería Mecánica Termofluidos.

Sustancias Puras Es una sustancia que tiene una composición química fija. H 2 O,

Sustancias Puras Es una sustancia que tiene una composición química fija. H 2 O, N 2, He, CO 2 Una sustancia pura no tiene que estar conformada por un solo elemento o compuesto químico. Una mezcla de varios de estos también califica como una sustancia pura siempre y cuando la mezcla sea homogénea. Ejemplo: el aire es una mezcla de varios gases, que se considera como sustancia pura porque tiene composición química uniforme. La mezcla de agua y aceite NO es sustancia pura, el aceite no es soluble en agua. Una mezcla de dos o mas fases de una sustancia pura se sigue considerando una sustancia pura mientras la composición química de las fases sea la misma. Tomada de Cengel 7 ed. SI es S. pura NO es S. P Tomada de Cengel 7 ed.

Fases de una Sustancia Pura Las sustancias existen en fases diferentes. Por ejemplo en

Fases de una Sustancia Pura Las sustancias existen en fases diferentes. Por ejemplo en Cond Amb (T=60°F y P= 14, 7 psia), el Cu(sólida) ; el Hg(liquido) ; el N 2 (gaseoso) ; el H 2 O(líquida) En condiciones diferentes cada uno podría aparecer en condiciones diferentes. H 2 O @ 100 °C y 1 atm Cambio de fase (ebullición) H 2 O @ 0 °C y 1 atm cambio de fase (congelamiento) Fases principales: Sólido, Líquido y Una sustancia puede tener varias fases dentro de la principal. Gaseosa. Ejemplo: el carbón existe como grafito o diamante en la Fase Sólida: Las moléculas están separadas fase sólida pequeñas distancias, existen grandes fuerzas de atracción, las moléculas mantienen posiciones fijas unas con respecto a las otras pero oscilan esta oscilación depende de la temperatura. En un sólido las fuerzas de atracción y Red sólid o Tomada de Cengel 7 ed. repulsión entren las moléculas tienen a mantenerlas a distancias relativamente

ases de una Sustancias Puras Fase Líquida: El espaciamiento molecular es parecido al de

ases de una Sustancias Puras Fase Líquida: El espaciamiento molecular es parecido al de la fase sólida, excepto que las moléculas ya no mantienen posiciones fijas entre si y pueden girar y trasladarse moléclibremente. Las ulas flotan en grupos. Fase Gaseosa. Las moléculas están bastante apartadas unas de otras y no existe un orden molecular, estas se mueven de forma desordenada en continuo choque entre ellas y con el recipiente que las contiene. Fase Sólida Fase Líquida Disposición atómica en las diferentes fases principales. Gaseosa Tomada de Cengel 7 ed.

Procesos de cambios de fase de sustancias puras Desublimación o deposición Tomada de [2]

Procesos de cambios de fase de sustancias puras Desublimación o deposición Tomada de [2] En todo proceso de cambio de fase la Presión y la Temperatura son propiedades dependientes. Los cambios de fase ocurren a Temperatura constante y son función de la Presión a la que ocurren.

Estados del agua A 1 atm y 20 °C, el agua existe en la

Estados del agua A 1 atm y 20 °C, el agua existe en la fase líquida (Estado 1: líquido comprimido). 4: A medida que se transfiere más calor, parte del líquido saturado se evapora (Estado 2: líquido saturado). (Estado 3: mezcla saturada de líquido-vapor). para evaporarse Imágenes tomadas de Cengel 7 ed. A 1 atm de presión, la temperatura permanece constante en 100 °C hasta que se evapora la última gota de líquido (Estado saturado). 1 atm de presión y 100 °C, el agua existe como un líquido que está listo vapor Conforme se transfiere más calor, la temperatura del vapor empieza a aumentar (Estado 5: vapor sobrecalentado).

Diagrama T-v para H 2 O A una determinada presión, la temperatura a la

Diagrama T-v para H 2 O A una determinada presión, la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase se llama temperatura de saturación, Tsat. Del mismo modo, a una temperatura determinada, la presión a la que una sustancia pura cambia de fase se llama presión de saturación, Psat. Tomada de Cengel 7 ed

Sustancias Puras Para fundir un sólido o vaporizar un líquido se requiere una gran

Sustancias Puras Para fundir un sólido o vaporizar un líquido se requiere una gran cantidad de energía. La cantidad de ésta que es absorbida o liberada durante el proceso de cambio de fase se llama calor latente. Específicamente, la cantidad de energía absorbida durante la fusión se llama calor latente de fusión y equivale a la cantidad de energía liberada durante la congelación. De modo similar, la cantidad de energía absorbida durante la evaporación se llama calor latente de evaporación y es equivalente a la energía liberada durante la condensación.

urva de saturación de líquido-vapo Una gráfica de Tsat en función de Psat, como

urva de saturación de líquido-vapo Una gráfica de Tsat en función de Psat, como la ilustrada para el agua en la figura se llama curva de saturación de líquido-vapor. Una curva de esta clase es característica de todas las sustancias puras. Tanto la presión atmosférica como la temperatura de ebullición del agua disminuyen con la altura; por lo tanto, la cocción toma más tiempo a mayores alturas que al nivel del mar (a menos que se una olla a presión).

Diagramas de propiedades para procesos de cambios de fase Tomada de [2]

Diagramas de propiedades para procesos de cambios de fase Tomada de [2]

Diagramas de propiedades para procesos de cambios de fase Tomadas de Cengel 6 Ed

Diagramas de propiedades para procesos de cambios de fase Tomadas de Cengel 6 Ed

Diagramas de propiedades para procesos de cambios de fase. Punto Triple: Proyección de la

Diagramas de propiedades para procesos de cambios de fase. Punto Triple: Proyección de la línea triple en el diagrama P –T. Es un punto en el cual las tres fases existen en equilibrio. Línea Triple: Se observa en los diagramas P – v y T – v. Los estados de una sustancia sobre la línea triple tienen la misma presión y temperatura. Domo: Zona de mezcla dentro de la cual hay cambio de fase. Línea de Saturación: Línea donde comienza a ocurrir el cambio de fase, delimita el domo, existen 3: • Línea de Solido saturado. • Línea de Liquido saturado. • Línea de Vapor saturado. Punto Crítico: Punto de máxima temperatura y presión por debajo del cual puede ocurrir el cambio de fase Liquido –Vapor o viceversa, a presión y temperatura constante. Punto en el cual los estados de liquido saturado y vapor saturado son idénticos. Por encima del punto critico no existe una línea que separe la región de liquido y vapor, el cambio de fase ocurrirá de manera espontanea a medida que aumenta la presión y la temperatura.

¿Porque el hecho de que el agua se expanda al congelarse tiene resultados vitales

¿Porque el hecho de que el agua se expanda al congelarse tiene resultados vitales en la naturaleza?

DIAGRAMA P –T. O DIAGRAMA DE FASES SÓLID O Diagrama P –T. También conocido

DIAGRAMA P –T. O DIAGRAMA DE FASES SÓLID O Diagrama P –T. También conocido como diagrama de Tomada de Cengel 6 Ed fases • En general, una fase se considera liquida si se puede evaporar por una disminución de la presión a temperatura constante. • Una fase se considera vapor si se puede condensar mediante una reducción de temperatura a presión constante. • En sustancias que tienen una presión de punto triple por encima de Patm la sublimación es la única forma de pasar de fase solida a la de vapor en

Diagramas P vs v Las dos regiones, monofásica y bifásica, aparecen como áreas en

Diagramas P vs v Las dos regiones, monofásica y bifásica, aparecen como áreas en este nuevo diagrama. La línea de líquido saturado representa los estados de la sustancia tales que: Al suministrar una cantidad pequeña de energía a la sustancia a presión constante una fracción pequeña de líquido cambiará a vapor. La extracción de energía de la sustancia en un estado cualquiera que se halle sobre la línea de vapor saturado da como resultado la condensación parcial del vapor, mientras que el suministro de energía origina el vapor sobrecalentado. Región central es región humedad.

Diagramas P vs v Un estado representado por un punto en la región líquido-vapor

Diagramas P vs v Un estado representado por un punto en la región líquido-vapor (región húmeda), tal como el x, es una mezcla de líquido y vapor saturados. Se observa que durante la evaporación la P y T son ctes pero el v aumenta. X se denomina “Calidad” X = mg/ (mg +mf) X= 0 % X= 100 %

Diagramas T vs v Las regiones monofásicas y bifásicas aparecen en posiciones similares a

Diagramas T vs v Las regiones monofásicas y bifásicas aparecen en posiciones similares a las correspondientes al diagrama Pv En el interior de la región líquido-vapor (región húmeda), las líneas de presión constante siguen las de temperatura constante, ya que durante un cambio de fase la presión y la temperatura no son propiedades independientes. Fuera de la región húmeda y a lo largo de una línea de presión constante, la temperatura crece al aumentar el volumen.

Superficie P-ν-T

Superficie P-ν-T

Superficie PνT El agua es una sustancia anómala que se expansiona al solidificar. Así,

Superficie PνT El agua es una sustancia anómala que se expansiona al solidificar. Así, el volumen específico de la fase sólida es mayor que el de la fase líquida. En la Figura se muestra la superficie Pv. T modificada para tener en cuenta este comportamiento.

Tablas de Propiedades Para la mayor parte de las sustancias, las relaciones entre propiedades

Tablas de Propiedades Para la mayor parte de las sustancias, las relaciones entre propiedades termodinámicas son demasiado complejas para expresarse por medio de ecuaciones simples; por lo tanto, las propiedades suelen presentarse en forma de tablas. Entalpía h : Una propiedad de combinación. Entalpía Específica : Entalpía El extendido uso de la propiedad entalpía se debe al profesor Richard Mollier, quien reconoció la importancia del grupo u Pv en el análisis de turbinas de vapor y en la representación de las propiedades del vapor de agua en forma tabular y gráfica (como en el famoso diagrama de Mollier). Mollier se refirió al grupo u + Pv como contenido de calor y calor total, términos que no eran muy congruentes con la terminología de la termodinámica moderna por lo que se sustituyeron en la década de los treinta por el término entalpía (de la palabra griega enthalpien que significa calentar).

1 a Estados de líquido saturado y de vapor saturado

1 a Estados de líquido saturado y de vapor saturado

1 b mezcla saturada

1 b mezcla saturada

1 b mezcla saturada

1 b mezcla saturada

2 VAPOR SOBRECALENTADO • En la región situada a la derecha de la línea

2 VAPOR SOBRECALENTADO • En la región situada a la derecha de la línea de vapor saturado y a temperaturas superiores a la temperatura en el punto crítico, una sustancia existe como vapor sobrecalentado. Como la región sobrecalentada es de una sola fase (únicamente la de vapor), la temperatura y la presión ya no son propiedades dependientes y pueden usarse de manera conveniente como dos propiedades independientes en las tablas. En estas tablas, las propiedades se indican a la derecha de la temperatura para presiones seleccionadas, empezando por los datos de vapor saturado. La temperatura de saturación se da entre paréntesis después del valor de presión.

LIQUIDO COMPRIMIDO • Las tablas para líquido comprimido no son muy comunes, por lo

LIQUIDO COMPRIMIDO • Las tablas para líquido comprimido no son muy comunes, por lo que la A-7 Es la única que se presenta en este libro para dicho caso. El formato de la Tabla A-7 es muy similar al de las de vapor sobrecalentado. Una de las razones Por las que no hay datos para líquido comprimido es la relativa independencia de sus propiedades respecto a la presión. La variación de las propiedades de Líquido comprimido con la presión es muy ligera: aumentar 100 veces esta ultima ocasiona que las propiedades cambien menos de 1 por ciento. • A falta de datos para líquido comprimido, una aproximación general es Considerar al líquido comprimido como un líquido saturado a la temperatura dada. Esto se debe a que las propiedades del líquido comprimido Tienen mayor dependencia de la temperatura que de la presión. Así, • Para líquidos comprimidos donde y es v, u o h. De estas tres, la propiedad Cuyo valor es más sensible a las variaciones de presión es la entalpía h. Aunque la aproximación anterior produce un error insignificante en v y u, el error en h puede alcanzar niveles indeseables. Sin embargo, con h a presiones y temperaturas entre bajas y moderadas es posible reducir considerablemente el Error al evaluar h a partir de:

BIBLIOGRAFIA [1] Cengel and Yunus. Termodinámica. Sexta edición. 2008. Capitulo 3. [2] Cengel and

BIBLIOGRAFIA [1] Cengel and Yunus. Termodinámica. Sexta edición. 2008. Capitulo 3. [2] Cengel and Yunus. Termodinámica. Septima edición. 2012. Capitulo 3. [3] Diapositivas del Ingeniero Mario Arrieta, UNEFA. Venezuela. [4] Diapositivas del Ingeniero Carlos G. Villamar L, ULA. Venezuela.