CICLOS TÉRMICOS “TERMODINÁMICA: GASES IDEALES Y GASES REALES” Universidad Antonio Nariño,...

Universidad Antonio Nariño, Puerto Colombia / Ing. Jorge González Coneo

CICLOS TÉRMICOS“TERMODINÁMICA: GASES IDEALES Y

GASES REALES”


DEFINICIÓN• El término sustancia normalmente se encuentra

asociado a los líquidos o los gases (fluidos), pero en general se debe entender por el, que cualquier conjunto de moléculas(o átomos) es una sustancia. Esta es una definición bastante amplia, por lo cual prácticamente cualquier materia en sus diferentes estados cumple con esta definición.


DEFINICIÓN• Una sustancia pura es un sustancia que tiene una

composición química homogénea. Una sustancia formada por un solo elemento es una sustancia pura, pero en ocasiones una sustancia formada por varios elementos o componentes también es una sustancia pura. Ej: dos gases no reactivos entre sí al confinarse en un mismo espacio forman una sustancia pura.

DIAGRAMAS DE FASES


Para estudiar las sustancias puras y los procesos termodinámicos a las cuales son sometidas se hace uso de diagramas de fases y de las tablas termodinámicas. En esos diagramas de fases se relacionan variables como la presión y el volumen especifico , la temperatura y el volumen, la presión y el volumen, la temperatura y la entropia, etc.

DIAGRAMAS DE FASES


En el diagrama anterior se muestra un diagrama presión – volumen especifíco. En este diagrama se pueden observar la zona de mezcla entre líquido y sólido, la zona de mezcla entre líquido y vapor (regíón húmeda o de mezcla saturada), la zona de mezcla sólido- vapor, y los estados de una sola fase Líquido(líquido comprimido o subenfriado), vapor (vapor sobrecalentado) y la de sólido.

DIAGRAMAS DE FASES


En la región de mezcla saturada, la línea que separa el líquido de la mezcla se le llama línea de líquido saturado. De igual forma la línea que separa la mezcla del vapor sobrecalentado se llama línea de vapor saturado.

En la zona de mezcla , la presión y la temperatura son variables dependientes dado que para un valor especifico de presión o de temperatura existe un valor especifico de la otra variable.

DIAGRAMAS DE FASES


El punto más alto del domo(zona de mezcla) recibe el nombre de punto crítico, ya que coexisten la fase de líquido y de vapor. No hay una diferenciación en sus propiedades.

Para poder estudiar el comportamiento en la zona de mezclas y dado que la temperatura y la presión son dependientes, se definio un nuevo parámetro denominado calidad de la mezcla o del vapor, el cual sirve para determinar las otras propiedades.

DIAGRAMAS DE FASES


La calidad se define como:

Alternativamente puede determinarse si se conocen los valores de la propiedades de la mezcla y de los puntos de saturación a la temperatura dada:


Segmento de la tabla de valores en la zona de mezcla Saturada Puede observarse que para la temperatura dada existe una presión específica y se denomina presión de saturación.

Hay una tabla similar para la que para una presión dada, existe una temperatura fija denominada de saturación.

MEZCLA SATURADA:REGIÓN HÚMEDA


Segmento de la tabla de valores en la zona de mezcla Saturada En esta tabla la situación es diferente. La temperatura y la presión son independientes por lo tanto para fijar la condición se requiere conocer los valores de dos variables: T y v, T y P, P y v.

VAPOR SOBRECALENTADO


Dado que el agua es un líquido “incompresible”, el volumen específico del agua en este estado es aproximadamente igual a los valores de líquido saturado a la temperatura dada(es prácticamente independiente de la presión.

La energía interna tampoco se modifica significativamente ante estos cambios de presión, por otro lado la entalpía si se ve afectada de forma apreciable.

LÍQUIDO COMPRIMIDO O SUBENFRIADO


EJEMPLO


EJEMPLOUn recipiente de 80 L contiene 4 Kg de refrigerante 134ª a una presión de 160kPa. Determine a)la temperatura del refrigerante b) la calidad, c)la masa de vapor d) el volumen ocupado por la fase vapor.R/ a)Dado que se desconoce si el refrigerante está en la región de líquido comprimido, de vapor sobrecalentado o de mezcla saturada. Para verificar esto calculamos el valor específico:


EJEMPLOEste valor se encuentra entre los valores de volumen especifico de líquido saturado y vapor saturado a la presión dada:

A la presión dada, la temperatura de saturación es de -15.62 °C. L a calidad se determina a partir de la expresión:


EJEMPLOLa masa de vapor se encuentra a partir del valor de la calidad y la masa total:

El volumen de vapor se calcula multiplicando la masa de vapor por su volumen específico.

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