SUSTANCIA PURA

1

Fase:

Tiene una configuración molecular distinta que la distingue de otras fases.

Es homogénea en todo el sistema y esta separada por superficies de frontera

fácilmente identificables.

Sustancia que tiene una composición química FIJA.

Una mezcla de compuestos químicos se puede considerar como una

sustancia pura, siempre y cuando la mezcla sea homogénea y posea

composición constante.

¿Se tiene que referenciar???

PROCESO:

CAMBIO DE FASE

Sustancia pura (H2O)

Calor

Líquido comprimido

Calor

Líquido saturado

↑V

ΔV

pequeño

VVS > VLS

Calor

Mezcla saturada

Líquido Vapor

VVS > VLS

Vapor Saturado (VS)

Liquido Saturado (LS)Calor

Vapor saturado

Calor

Vapor

sobrecalentado

Estado 1

Estado 4Estado 3Estado 2

Estado 5

1

43

2

5

P = 1 atm

T = 20 ºC

P = 1 atm

T = 100 ºC

P = 1 atm

T = 100 ºCP = 1 atm

T = 100 ºC

P = 1 atm

T = 300 ºC

Imágenes 3 y 4

0.003106 V (m3/Kg )

373.95

Punto

crítico

Líquido

SaturadoVapor

Saturado

Líquido

comprimido

Vapor

sobrecalentado

T (ºC)PUNTO CRÍTICO:( H2O)

Tc = 373.95oC

Pc=22.06 MPa

vc = 0.003106 m3/kg

ZONAS

Líquido Comprimido Vapor Sobrecalentado

(una fase) (una fase)

v < vc v >vc

MEZCLA SATURADA (equilibrio liquido vapor)

(dos fases)

Curva Vapor saturado

Curva liquido saturado

Domo o campana.

Diagrama T-V H2O

Imagen 5

Diagramas T – V, P – V y T – P

Sustancias puras (fases líquida y vapor)

Punto críticoPunto crítico

Líquido

comprimido

Líquido

comprimido

Mezcla saturada

(Líquido – Vapor)

Mezcla saturada

(Líquido – Vapor)

Vapor

sobrecalentado

Vapor

sobrecalentado

Diagrama T-V Diagrama P-V

Curvas P constante (Isobaras) P2 > P1

Pendiente Positiva

Curvas T constante (Isotermas) T2 > T1

Pendiente Negativa

T T

v v

Imagen 6 Imagen 7

Diagrama P –T (Diagrama de fase)

Líquido

Líquido

Solido

Vapor

Punto triple

Punto crítico

Sustancia que se

expande al

solidificarse

Sustancia que se

contrae al

solidificarse

•Fases: Líquido, vapor y sólido

•Punto crítico: Tc , Pc , vc

•Punto triple H2O:

T= 0.01oC P= 0.6117 kPa

↔ Curva de Fusión

Líquido ↔ Sólido

↔ Curva de Vaporización

Líquido ↔ Vapor

↔ Curva de Sublimación

Sólido ↔ Vapor

Sólido

Líquido

Vapor

P

T

Imagen 8

Diagramas P –V (Diagrama de fase)

Sustancias puras (fases líquida, sólida y vapor)

Sólido

Sólido +

Líq

uid

o

Líq

uid

o

Líquido + Vapor

Sólido + Vapor

Vapor

Línea triple

Punto crítico

Líquido + Vapor

Sólido + Vapor

Vapor

Línea triple

Punto crítico

Líq

uid

oSustancia que se contrae al

congelarse

Sustancia que se expande al

congelarse

P P

v v

Imagen 9 Imagen 10

Diagramas P-V

Sustancias puras (fases líquida, Sólida y vapor )

Sustancia que se contrae al

congelarseSustancia que se expande al

congelarse

Comportamiento P V T

(Superficie)

6

Imagen 11 Imagen 12

7

Liquido Saturado y Vapor Saturado

Solo una propiedad intensiva.

Se tienen tablas: 1. A partir de T.

2. A partir de P.

Líquido → f (flüssigkeit).

Vapor → g

Diferencia entre vapor y líquido → f g

Propiedades de TermodinámicaT, P. v. u, h. S

Se titulan para cada zona (región de interés

Líquido

comprimidos

Mezcla saturada

(equilibrio L-V, S-V

Vapor

Sobrecalentado

TABLAS DE PROPIEDADES

Volumen Específico

m3 / kg

Temperatura

(ºC)

Presión sat.

(Psat) Líquido Saturado Vapor Saturado

T kPa Vf Vg

85 57.868 0.001032 2,8261

90 70.183 0.001036 2,3593

95 84.609 0.001040 1,9808

Temperatura

especificada

Presión de

Saturación

correspondiente

Volumen

Especifico

Vapor

saturado

Volumen

Especifico

Liquido

saturado

MEZCLA SATURADA

Líquido- Vapor

8

MEZCLA SATURADA

(Liquido – Vapor)

Vf

Liquido Saturado

Vg

Vapor Saturado V prom

Mezcla

Saturada

Líquido

Vapor

8

MEZCLA SATURADA

(Liquido – Vapor)

8

MEZCLA SATURADA

(Liquido – Vapor)

Yprom = Yf + x Yfg Yf ≤

Yprom ≥ Yg

Donde:

Y: Propiedad termodinamica (v, h, s, u)

f: Liquido saturado

g: Vapor saturado

Fg: diferencia entre V.saturado y L satuardo

A B C

V

P o T

VgVavgVf

Vfg

Vavg - Vf

Imagen 13

VAPOR SOBRECALENTADO

•Una sola fase .

•Se requieren dos Propiedades intensivas independientes. Tablas (P y T).

•En las tablas : Sat → datos vapor saturado.

•Tablas (agua) Cengel A-6 (S I) y A-6E (S.A).

Para: T < TC → P < Psat (T)

Para un a P dada: T > Tsat

A T o P dadas: v > vg (Vapor Sat. )

LÍQUIDO COMPRIMIDO

•Una sola fase .

•Se requieren dos Propiedades intensivas independientes. Tablas (P y T).

•En las tablas : Sat → datos Liq. Saturado.

•Poca dependencia de los valores de sus propiedades respecto a P.

(↑ 100 veces P ocasionan cambios del 1% en ppdes).

• Ppdes mayor dependencia de T .

•Tablas (agua) Cengel A-7 (S I) y A-7E (S.A).

Para: T < TC → P > Psat (T)

Para un a P dada: T < Tsat

A T o P dadas: v < vg (Vapor Sat. )

Las propiedades del LIQUIDO COMPRIMIDO no son muy diferentes a las del LIQUIDO SATURADO

10

Cuando no se tengan datos para el

LIQUIDO COMPRIMIDO (L comp)

Una aproximaciión válida esconsiderar :

El líquido comprimido (T y P)

como líquido saturado ( f ) a la T dada.

Para P bajas a moderadas:

hLcomp (T, P) ≈ hf (T) + vf (T) [P – Psat(T)]

vLcomp (T, P) ≈ vf (T)

uLcomp (T, P) ≈ uf (T)

ECUACIÓN DE ESTADO

Expresión que relaciona P, T y V

ECUACIÓN DE ESTADO DEL GAS IDEAL (Gi)

• Modelo SENCILLO, muy usado y aplicable a sustancias en fase gas y/o vapor .

• Experimentalmente Gas ideal se aproxima al GAS REAL a bajas densidades

(Presiones bajas y altas Temperaturas).

R=Constante Universal

0.0831447 bar m3 / (kmol K)

83.14 cm3 bar/ (mol K)

82.06 cm3 atm/ (mol K)

8.31447 kPa m3 / (kmol K)

10.7316 psia ft3 / (lbmol R)

8.31447 kJ / (kmol K)

1.98588 Btu / (lbmol R)

1.987 cal/ ( mol K)

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD

Factor de corrección, que CUANTIFICA a una P y

T especificas

la DESVIACIÓN del comportamiento de GAS

IDEAL .

TR

vPZ

IdealGas

al

v

vZ Re

GAS IDEAL

Z = 1

GAS REAL

> 1

Z = 1

< 1

Temperatura Reducida

(TR )

TR = T/Tc

Presión Reducida

(PR )

PR = P/Pc

Volumen seudo Reducido

(VR )

VR = v/(R Tc Pc)

Imagen 14

Zona donde el vapor de agua se

comporta como GI.

De las graficas de Z generalizadas (Nelson y Obert ) se

observa que:

A P bajas (PR << 1 ) , gases se comportan como GI

independiente de T.

A T altas (TR > 2 ) independiente de P, se ajusta con

buena precisión al GI.

Un gas presenta mayor

desviación a GI cerca al

punto critico.

12

Curva generalizada del factor

de compresibilidad (Z)

T

v

Comportamiento de

gas no ideal

Comportamiento de

gas ideal

Imagen 15 Imagen 16

Imágenes 3 a 10, 13, 15: Basadas en ÇENGEL, Yunus.

BOLES, Michael. Termodinámica. [CD - ROM]: Windows 95 o

posterior. Ciudad: Mc Graw Hill, 2002. ISBN 970-10-5611-6

Imágenes 11, 12, 14, 16 tomadas de:

ÇENGEL, Yunus. BOLES, Michael. Termodinámica. [CD -

ROM]: Windows 95 o posterior. Ciudad: Mc Graw Hill, 2002.

ISBN 970-10-5611-6

Referencias