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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Unidad deTermoFluidoDinámica

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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

GAS IDEAL

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Vapor de agua como gas ideal

Error % = [(v – videal

) / v] x 100%

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