SUSTANCIAS PURAS

» CONCEPTO DE SUSTANCIA PURA

» FISICA DE LOS PROCESOS DE CAMBIOS DE FASE

» DIAGRAMAS DE PROPIEDADES

» PROCEDIMIENTOS DE CALCULOS

» GAS IDEAL Y SU ECUACION

» OTRAS ECUACIONES DE ESTADO

» Aquella sustancia que tiene una composición química constante y se mantiene igual en todas las fases. ˃ Tiene un solo constituyente!!!!!!

˃ Ejemplos

+ Agua

+ Helio

+ Dióxido de carbono

» Una mezcla de varios compuestos puede ser considerada una sustancia pura bajo determinadas condiciones˃ Ejemplo

+ Aire

» Son las soluciones y las mezclas sustancias puras????

» Una mezcla de aire gaseoso y liquido puede considerarse una sustancia pura?

˃ Respuesta: NO, ya que ambos tienen composiciones diferentes. Los componentes del aire tienen Temperatura de condensación diferentes a una presión determinada

¿Qué estados Uds. Conocen?

http://ed.ted.com/lessons/solid-liquid-gas-and-plasma-michael-

murillo?utm_source=TED-

Ed+Subscribers&utm_campaign=80b6d291dd-

2013_09_219_19_2013&utm_medium=email&utm_term=0_1aacc

ced48-80b6d291dd-47702121

GAS LÍQUIDO SÓLIDO

» Una sustancia dentro de una fase puede tener diferentes estructuras

˃ Ejemplo+ Fase sólida del carbono

+ Grafito

+ Diamante

EJEMPLO

» Moléculas dispuestas en patrón tridimensional (red)

» Fuerzas intermoleculares de atracción elevadas (distancia entre moléculas pequeñas).

» Estas fuerzas son similares a resortes

» Las moléculas en estado sólido oscilan de manera continua respecto a su posición de equilibrio.

» La velocidad de esta oscilación depende de la temperatura.

» Existe un punto, donde la Temperatura es tan alta que las fuerzas intermoleculares disminuyen y se forman grupos de moléculas.

COMIENZO PROCESO DE FUSION

» Las moléculas no se encuentran en posiciones fijas entre sí

» Giran y se trasladan libremente

» Las fuerzas intermoleculares son débiles respecto a las de un sólido

» Las fuerzas intermoleculares son fuertes respecto a los gases

» Las moléculas están muy alejadas entre sí

» No hay orden molecular

» Colisiones entre sí y con el recipiente al azar

» Las moléculas en estado gaseoso tienen un nivel energético mucho mayor que en los restantes estados.

» Es por ello que se requiere de una gran cantidad de energía para condensar o congelar un gas

En todo proceso de cambio de fase, la presión y la temperatura son propiedades dependientes. !!!!!!

» Para el estudio y demostración de los principios básicos:˃ se considerará al agua la sustancia base

MIRAR EL EJEMPLO DE LA WEB

http://www.educaplus.org/play-261-Curva-de-calentamiento-del-agua.html

PROCESOS DE

EVAPORACION

» En las condiciones de T= 20ºC y P= 1 atm

» El agua se encuentra en la fase líquida

» Un liquido a punto de evaporarse se llama líquido saturado.

» Aquel vapor que está a punto de condensarse es llamado vapor saturado

» La fase líquida y vapor coexisten y se encuentran en equilibrio.

» Es aquel vapor que dista mucho de condensarse ò es un vapor que no está a punto de condensarse

» La temperatura a la que ebulle un compuesto depende de la presión.

» La temperatura de saturación (Tsat) es la temperatura a la que

una sustancia pura cambia de fase a una determinada presión.

Para fijar un estado de una sustanciapura es necesario conocer por lo menosdos propiedades intensivas o específicasindependientes.

Punto Crítico: (PC)Es el estado donde las fases líquida y gaseosa se confunden. Este punto varíadependiendo de la sustancia tratada y se define por: la presión crítica (Pc), latemperatura crítica (Tc).En los procesos que se llevan a cabo a esta Pc y Tc, no se puede establecer uncambio de fase líquido a vapor y no pasan por un estado de equilibrio.

Punto Triple: (PT)Es una propiedad característica de las sustancias, en el cual coexisten las tresfases, es decir coexisten los estados sólido líquido y gaseoso.

» Estudiaremos el caso del agua, por las siguientesrazones:

1. El comportamiento es análogo en sustancias puras

2. Las tablas son similares en cuanto la forma de

presentar los datos

3. La importancia del agua en los procesos térmicos

» Las relaciones entre las propiedades termodinámicas son complejas.

» Las propiedades se presentan en forma de tablas.

» Tablas de propiedades para vapor sobrecalentado y liquido comprimido

» Tablas de mezclas: liquido-vapor saturado

» Tablas se encuentran al final del libro (apéndice)

» Se encuentran en el S.I. y en el sistema inglés (se diferencian de las otras por una E)

» En las tablas tenemos los valores de entalpía (h) y entropía (s).

» La propiedad entalpía se define como

)(

)/(

kJVPUH

kgkJvPuh

» Durante proceso de evaporación

˃ Para una sustancia pura coexisten dos fases en equilibrio: líquida y vapor

+ CONOCIDA COMO MEZCLA SATURADA LIQUIDO-VAPOR

» Se define x= calidad: “Solo para mezclas”

gfvaporliquidototal

m

m

mmmmm

xtotal

vapor

» Por convención

˃ Un sistema de 2 fases puede ser tratado como una mezcla homogénea.

˃ Por tanto se considerarán las propiedades promedio de la misma.

V: Volumen total, v: volumen específico

ggff

promtotal

vmvmV

vmV

» Haciendo varias sustituciones

fg

fprom

v

vv

fgfg

fgfprom

x

vvv

vxvv

» Análisis anterior para h y U

» Todas las ecuaciones tienen el mismo formato:resumiendo quedaría

Donde y es cualquiera de las variables de las tablas de propiedades

fgfprom

fgfprom

hxhh

uxuu

fgfprom yxyy

» No existen muchas tablas para éste.

» Las propiedades no cambian mucho con la presión.

» A falta de datos se considera “el líquido comprimido como un líquido saturado a la T dada”

» Válido para todas las propiedades

» Para T y P bajas y moderadas, la entalpía es sensible por lo que

)(Tfyy

)( )()()( TsatTfTf PPvhh

» Los valores de u y h no se pueden medir directamente

» Se calculan a partir de propiedades medibles mediante

relaciones entre las propiedades termodinámicas.

» Con lo anterior se determinan cambios y no valores

específicos.

» Por tanto se necesita un valor de referencia

» Para el agua: el estado de referencia es T=0,01°C, para esta T,

se asigna valor 0 a la entalpía y energía interna

1. Indicar el nombre del estado correspondiente, si la sustancia es agua.

a) P=10bar T= 172.96°C _________________

b) T=0°C s=-1.221kJ/kg-K _________________

c) T=374.14°C P= 22.09MPa _________________

d) T=290°C u= 1297.1kJ/kg _________________

e) x=40% T= 420°C _________________

f) P= 75kPa h= 2700kJ/kg _________________

g) P= 1.2544MPa s= 2kJ/kg-K _________________

h) T= -20°C u= 2721.6kJ/kg _________________

i) P= 313kPa v= 0.6822m3/kg _________________

j) h= 2500.6kJ/kg T= -10°C _________________

k) P= 80kPa h= 2700kJ/kg _________________

l) T= 1000°C u= 4045.4kJ/kg _________________

m) x=0% T= 647.3K _________________

n) P= 2MPa s= 6.4309kJ/kg-K _________________

o) P= 40MPa h= 2512.8kJ/kg-K _________________

p) P= 1.6MPa s= 8.2808kJ/kg-K _________________

2.. Determinar el valor de la propiedad indicada y el nombre del estado correspondiente, si la sustancia es agua:

a) T= 172.96°C P=10bar h=_____________ ESTADO: ________

b) P= 200kPa h=2706.7kJ/kg v=_____________ ESTADO: ________

c) T= 250°C s=3.2802kJ/kg-K u=_____________ ESTADO: ________

d) P= 1.6MPa v=0.14184m3/kg T=_____________ ESTADO: ________

e) P=30.6bar u=1009.89kJ/kg h=_____________ ESTADO: ________

f) T=162°C h=2500kJ/kg v=_____________ ESTADO: ________

g) P=0.5MPa s=9.4224kJ/kg-K u=_____________ ESTADO: ________

h) T=124°C v=0.7933m3/kg P=_____________ ESTADO: ________

I) T=300°C P=15bar v=_____________ ESTADO: ________

j) P=10Mpa T=120°C h=_____________ ESTADO: ________

P

(Mpa)

T

(°C)

v

(m3/kg)

u

(kJ/kg)

h

(kJ/kg)

s

(kJ/kg-K)

x

%

m

(kg)

V

(m3 )

0.8 10 2

0.5 0.3541 0.5

5 300 2

200 2850.1 1

1 2583.6 1

1 80 0.5

1 0.3541 5

5- Completar el cuadro de datos si la sustancia es agua: