PROPIEDADES DE LA SUSTANCIA PURAMEDIANTE TABLAS Y DIAGRAMAS

OBJETIVOS1.Introducir el concepto de sustancia pura

2.Discutir la física de los procesos de cambio defase.

3.Ilustrar los diagramas de propiedades P-v, T-v,y el P-T y superficies PvT de sustancias puras.

4.Demostrar los procedimientos para ladeterminación de propiedades termodinámicasde sustancias puras a partir de tablas de datosde la propiedad.(Definir un estado)

TERMODINAMICA

Sustancia pura

Una sustancia pura tiene composicionquimica homogenea e invariable  y puedetener mas de una fase (ejemplo el agua)

Fase

• La materia se puede presentar en diferentes estados de agregación 

• Solida• Liquida• Gaseosa o Vapor• O simultáneamente en dos fases, Por ejemplo liquido vapor caso de ebullicion del agua

TERMODINAMICA

La superficie P V T‐ ‐ para una sustancia real que se contrae cuando se congela

TERMODINAMICASuperficie P V T para una subtancia que se ‐ ‐

expande cuando se congela (AGUA)

TERMODINAMICALas sustancias reales tales como el cambio de fase desde la fase liquida a la fase vapor para el agua no puede ser tratada como un gas ideal. 

La relacion entre la presion, volumen especificoy temperatura o ecuacion de estado es muycomplicada. Por lo que la las propiedades estandadas en forma de TABLA. 

TERMODINAMICA

Las figuras muestra que la sustancia puedeexistir como solida, liquida o vapor. Tambienesas figuras muestran que la sustancia puedeexistir como una mezcla de dos fases durante elcambio de fases solido vapor,‐ solido‐vapor,solido.liquido y liquido vapor.‐

El agua puede existir en la region de liquidocomprimido, existe en la region saturada dondeel liquido y el vapor saturado estan en equilibrioy vapor sobrecalentado

TERMODINAMICAConsidere el resultado del calentamiento deagua 20°C, 1 atm a presion constante . Si secoloca agua en un cilindro piston

TERMODINAMICA

La temperatura y el volumen especifico seincrementara desde liquido comprimido o liquidosubenfriado hasta el estado 2 de liquido saturado.

En la region de liquido subenfriado. Laspropiedades del liquido son aproximadas igual alas propiedades del liquido saturado a latemperatura

.

TERMODINAMICA

Proceso 2 3‐

En el estado 2 el liquido ha alcanzado la temperatura comienzaa ebullir. Se llama TEMPERATURADE EBULLICION, y sedice que existe LIQUIDO SATURADO. Las propiedades del

estado se denotan como vf y v2=vf. Durante el cambio de fasela temperatura y la presion permanece constante

En el estado 3 la fase de liquido y vapor estan en equilibrio y elpunto en la linea de estado 2 y 3 tiene la misma temperatura y

presion

Escala de temperatura de 1990, ITS 90, agua ebulle  a 99.975‐ °C ≅ 100°C cuando la presion es 1 atm o 101.325 kPa : 

TERMODINAMICA

TERMODINAMICAProceso 3 4 ‐

En el estado 4 existe vapor saturado y la vaporisaciones completa. El subcripto g siempre denota estado de 

vapor saturado. v4=vg

TERMODINAMICA

Las propiedades termodinamicas a lascondiciones de liquido saturado y vaporsaturado estan tabuladas. En la region desaturacion la temperatura la temperatura y lapresion son propiedades dependientes, Si unoes conocido el otro es conocidoautomaticamente

TERMODINAMICASi aumenta el calentamiento a presion

constante continua, la temperatura comienza a incrementarse por encima de la temperaturade saturacion. El estado 5 se denomina vapor sobrelentado T5>T  saturacion para la presion

y el vapor no se condensa

Las propiedades para el vapor sobrecalentadoestan tabuladas

TERMODINAMICAEl esquema del proceso es:

TERMODINAMICAPara varias presiones:

TERMODINAMICA

Si todas las lineas de estados de saturacion son conectadas se establece la linea de vapor 

saturado. Estas lineas se interceptan en el punto critico y forman el domo del vapor. La region entre la linea de liquido saturado y vapor 

saturado se denomina zona de mezcla liquido saturado, region saturada o region bifasica.

TERMODINAMICA

179.88oC

99.61oC

TERMODINAMICA

La region a la izquierda de la region bifasica y por debajo del punto critico se denomina region de liquido comprimido.La 

region a la derecha de la region bifasica y por debajo del punto critico se denomina  region sobrecalentada

A temperaturas y presiones por encima del punto critico la transicion de fase desde liquido a vapor no es discreta.

TERMODINAMICATablas de Propiedades

En adicion a la temperatura, presion y volumenespecifico las tablas contienen la energiaespecifica interna (u) la entalpia especifica (h) yla entropia especifica (s). La entalpia especificaes un agrupamiento conveniente de la energiainterna especifica, presion y volumen especifico

h = u+ Pv

Especifica o Por unidad de masa 

TERMODINAMICALa entalpia es util para analizar los procesos deenergia que fluye desde y hacia un volumen decontrol.La entalpia tiene unidades de energia por unidadde masa, kJ/kg.

La entropia s es una propiedad definida por lasegunda ley de la termodinamica y estarelacionada con la transferencia de calor a unsistema dividida por la temperatura del sistema.Las unidades de entropia son energia divida entretemperatura

TERMODINAMICATabla de propiedades termodinamicas

TempTemp.,SatSat.Specificvolume,volumeInternalenergy,energy3

T°CPress.,m/kgkJ/kgPkPasat

Sat.liquid,Sat.Sat.Evap.,Sat.vvapor,liquid,uvapor,ffg

vuugfg

EnthalpyEnthalpy,EntropyEntropy,kJ/kgkJ/kg⋅KSat.Evap.,Sat.Sat.Evap.,Sat.liquid,hvapor,liquid,svapor,fgfg

hhssfgfg

0.010.61170.001000206.000.002374.92374.9 0.002500.92500.90.00009.15569.1556

50.8725087250.0010000001000147147.03032121.020223602360.8823812381.88 2121.020224892489.1125102510.110.0763007638.9487894879.024990249

101.2280.001000106.3242.022346.62388.7 42.022477.22519.20.15118.74888.8999

151.7060.00100177.88562.982332.52395.5 62.982465.42528.30.22458.55598.7803

202.3390.00100257.76283.912318.42402.3 83.912453.52537.40.29658.36968.6661

253.1700.00100343.340104.832304.32409.1 104.832441.72546.50.36728.18958.5567

304.2470.00100432.879125.732290.22415.9 125.742429.82555.60.43688.01528.4520

355.6290.00100625.205146.632276.02422.7 146.642417.92564.60.50517.84668.3517

407.3850.00100819.515167.532261.92429.4 167.532406.02573.50.57247.68328.2556

459.5950.00101015.251188.432247.72436.1 188.442394.02582.40.63867.52478.1633

501212.35350.00101200010121212.026026209209.333322332233.4424422442.77 209209.343423822382.0025912591.330.7038070387.3710737108.074880748

TERMODINAMICA

Continua…….

TERMODINAMICALa presion de saturacionEs la presion a la cual el liquido y el vapor estan enequilibrio a una temperatura dadaLa temperatura de saturacionEs la temperatura a la cual el liquido y el vapor estan en equilibrio a una presion dadaEl subscripto fg usado en las Tablas se refiere a ladiferencia del valor entre vapor saturado y liquidosaturado.

fufg = ug −u

hfg = hg −hf

sfg = sg − sf

TERMODINAMICA

La cantidad hfg es llamada entalpia de vaporizacion o calor latente de vaporizacion. 

Representa la cantidad de energia necesaria para vaporizar una unidad de masa de liquido saturado

a una temperatura y una presion dada. Este decrese al aumentar la presion y comienza a ser 

cero en el punto critico

TERMODINAMICA

Titulo (x) y la zona de mezcla

El estado 3 es una mezcla de liquido saturado y vapor saturado como localizarlo en un grafico y como asignarle las propiedades. Para ello se 

utiliza una nueva propiedad , la calidad o titulo (x)

TERMODINAMICA

v = (1− x)vf + xvg

v = vf + x(vg −vf )

Y  puede ser v, u, h, o s

TERMODINAMICA

• El agua sobrecalentada

Una sustancia se dice que está sobrecalentado si la temperatura determinada es mayor que la temperatura de saturación para la presión dada.

En la Tabla de agua sobrecalentada, T y P son las propiedades independientes. 

Termodinamica

• agua líquida comprimida

Una sustancia se dice que es un líquido comprimido cuando la presión es mayor que la presión de saturación para la temperatura

Tabla termodinamica

• Explicacion de las tablas termodinamicas para el agua

TABLATERMODINAMICA VAPOR saturado.pdf

TABLATERMODINAMICA VAPOR sobrecalentado.pdf

Ejemplos1. Un recipiente rígido contiene 50 Kg de liquido saturado a 90 

ºC. Determine la presión en el recipiente y el volumen del mismo

2. Una masa de 200 gramos de agua liquida se evapora por completo a presion constante de 100 Kpa. Determine a) El cambio de volumen 

3. Un recipiente rígido contiene 10 Kg de agua a 90 ºC. Si 8 Kg del agua están en forma liquida y el resto de vapor determine:

••

A) La presión en el recipienteB) Volumen del recipiente