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TEMA # 2 : SUSTANCIA PURA
Departamento de Energía, Escuela de Mecánica
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
EIM -LUZ / 2009
Unidad deTermoFluidoDinámica
Departamento de Energía 1
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
2-2009
Profesor Marcel Rodríguez
Sustancia pura
Fases de una sustancia Pura
Diagramas de Propiedades
CONTENIDO
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Diagramas de Propiedades
Tablas de Propiedades
Gases Ideales
Sistema simple compresible: sistema que carece de efectos magnéticos,
eléctricos, gravitacionales, de movimiento y tensión superficial.
Sustancia PuraPara un sistema simple compresible una sustancia pura es aquella que
cumple con lo siguiente
- Homogéneo en composición química: la presencia relativa de los
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- Homogéneo en composición química: la presencia relativa de los
elementos que conforman la sustancia es la misma en cada parte de ella.
- Homogéneo en agregación química: la forma en que están combinados
los elementos es la misma en cada parte.
- Invariable en agregación química: la forma en que están combinados
los elementos no cambia en el tiempo.
SUSTANCIA PURA
Fases de una sustancia puraPorciones homogéneas, aunque distintas entre sí, de una mismasustancia pura; pueden ser sólido, líquido o vapor. Un gas esrealmente un vapor alejado de un posible cambio de fase a líquido.Las fases líquido y vapor son fluidos.
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Diagrama de PropiedadesRepresentación gráfica, a través de dos o tres propiedades, de los estados
posibles de una sustancia pura y de procesos entre dichos estados.
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Postulado de estado:“El estado de un sistema simple compresible queda fijado en términos de
dos propiedades intensivas independientes”
Estados ImportantesSólido Saturado (i) : S a punto de fusión.
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Punto Triple (t) : S, L & V en equilibrio (273.16 K y 0.006 atm para
H2O).
Líquido Saturado ( f ) : L a punto de vaporización.
Vapor Saturado (g) : V a punto de condensación.
Punto Crítico (c) : L ≡ V, i. e. fase fluida (647.3 K y 220.9 bares para
H2O).
Diagrama de Fases (P - T)
*P < Pt : S ↔ V posible
*Pt < P < Pc : S ↔ L & L ↔ V
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*Pt < P < Pc : S ↔ L & L ↔ V
posibles
Comportamiento Anómalo del Agua
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Inversión de la densidad: durante un proceso de enfriamiento a P constante,
ocurre una expansión a partir de un valor de temperatura cercano, pero
mayor, al de congelación.
Diagrama T - vvvv
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*P > Pc : no hay cambio de fase
L ↔ V
*Cambio de fase L ↔ V →
T = Tsat y P = Psat = Pvapor
*P > Psat, T → líquido comprimido
(LC ≡ L)
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sat, T
(LC ≡ L)
*T < Tsat,P → líquido sub-enfriado
(LSE ≡ L)
*LC ≡ LSE
*T > Tsat,P ó P< Psat,T → vapor
sobrecalentado (VSC ≡ V)
Diagrama T - vvvv
Las propiedades específicas
Φ de líquido comprimido o
subenfriado dependen
levemente de P →
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levemente de P →
las isóbaras están muy
cercanas entre sí y a la
línea de líquido saturado →
ΦT,P ≈ Φsat,T = Φf,T
Diagrama P - vvvv
La isobara crítica toca el
“domo” en el punto crítico.
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“domo” en el punto crítico.
Un gas es un vapor
altamente sobrecalentado.
Tablas de PropiedadesRepresentación numérica de las propiedades más comunes de una
gran cantidad de estados posibles de una sustancia pura (agua,
refrigerantes, nitrógeno, amoníaco, potasio, etc.)
Agua Saturada (Tablas de Temperatura y Presión)
u : energía interna específica
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u : energía interna específicah : entalpía específica = u + Pv
Φfg : Φg – Φf
hfg : entalpía de vaporización
s : entropía específica
T Psatvf vg uf ug hf hfg hg sf sg
P Tsatvf vg uf ug hf hfg hg sf sg
Vapor de Agua Sobrecalentado
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También se tabula entropía
Interpolación
y
B
x y
xA yA
x y
xB yB
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x
y
A
xB yB
y = yA + [(yB – yA)/(xB – xA)]•[x – xA]
Calidad (x)
Para una mezcla L + V :
x = (masa de vapor)/(masa total) = mV/m,
donde 0 ≤ x ≤ 1
L ≡ f & V ≡ g V
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Propiedades específicas de una mezcla
Φ = (1-x)Φf + xΦg, i.e. x = (Φ – Φf)/Φfg
Humedad
Hum = 1- x
mezcla L + V
L
PROBLEMAS
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PROBLEMAS
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Gas IdealModelo aplicado a gases que cumplen la ecuación de estado
P: presión absoluta [MPa, bar, psia, atm].
T: temperatura absoluta [K ó R].
: volúmen específico [m³/kg, pie³/lbm].
TT11
Pv ρ → 0 → gas ideal
RTPv =
v
1
GAS IDEAL
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Otras formas:
PV= NRuT
PV= mRT,
Donde N: num, moles = m/M
Masa molar: [kg/kmol, lbm/lbmol]
R : constante del gas = Ru / M,
Ru: cte universal de los gases
= 8.31447 kJ / (kmol.K) = 1.986 Btu /(lbmol.R)
TT11
TT
TT33
Pr=P/PcPr=P/Pc
RT
Pv
Factor de Compresibilidad:
Z = Pv / RT = v / videal
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Vapor de agua como gas ideal
Error % = [(v – videal
) / v] x 100%
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500