SUSTANCIAS PURASPresentado por : Gálvez Cabrera, Fernando Rojas Mendoza, Edgar E. OBJETIVOS • Introducir el concepto de sustancia pura. • Estudiar la física de los procesos de cambio de fase. • Ilustrar los diagramas de propiedades P-v, T-v y P-T, y las superficies P-v-T de sustancias puras. • Demostrar los procedimientos para determinar propiedades termodinámicas de sustancias puras a partir de tablas sobre propiedades. SUSTANCIA PURA Una sustancia que tiene una composición química fija en cualquier parte se llama Sustancia pura Una sustancia pura no tiene que estar conformada por un solo elemento o compuesto químico. Una mezcla de varios de éstos también califica como una sustancia pura siempre y cuando la mezcla sea homogénea El nitrógeno y el aire son sustancias puras a) Una mezcla de agua liquida y gaseosa es una sustancia pura, b) Una mezcla de aire liquido y gaseoso no lo es FASES DE UNA SUSTANCIA PURA Las moléculas en un sólido están dispuestas en un patrón tridimensional (red) que se repite por todo el sólido El espaciamiento molecular en la fase líquida es parecido al de la fase sólida. excepto en que las moléculas ya no están en posiciones fijas entre sí y pueden girar y trasladarse libremente. no hay un orden molecular. b) grupos de moléculas se apartan entre sí en la fase líquida y c) las moléculas se mueven al azar en la fase gaseosa . En la fase gaseosa. las moléculas están bastante apartadas. se mueven al EN azarSUSTANCIAS con colisiones continuas entre sí y contra las paredes PROCESOS DE CAMBIO DE FASE PURAS del recipiente que las contiene a) las moléculas están en posiciones relativamente fijas en un sólido. que esta a punto de evaporarse A 1 atm y 20 ºC El agua existe en forma liquida A 1 atm y 100 ºC El agua existe en forma liquida pero esta lista para vaporizar .Líquido comprimido y líquido saturado Liquido Comprimido (Liquido Subenfriado). que no esta a punto de evaporarse Liquido saturado. Vapor saturado y vapor sobrecalentado Liquido saturado (liquido vapor). que no es vapor saturado. estado en que las fases liquida y vapor coexisten en equilibrio. A 1 atm y 100 ºC A medida que mas calor se transfiera se evapora parte del liquido saturado A 1 atm y 100 ºC La ultima gota de liquido se vaporiza (vapor saturado) A 1 atm y 300 ºC A medida que mas calor se transfiere la temperatura aumenta (vapor sobrecalentado) . Vapor a punto de la condensación Vapor Sobrecalentado. No esta cerca al punto de condensación. Vapor Saturado. Grafica de estados (1 – 5) Diagrama T-v para el proceso de calentamiento del agua a presión constante . ) Tras observar la figura también resulta claro que Tsat se incrementa con Psat y que. en consecuencia. la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase se llama (Tsat. A una determinada presión. a una temperatura determinada. tsat .) Presión de saturación. Psat. Del mismo modo. . la presión a la que una sustancia pura cambia de fase se llama (Psat.Temperatura de saturación y presión de saturación Temperatura de saturación. una sustancia a mayores presiones hervirá a temperaturas más altas. Calor latente . La cantidad de energía absorbida o liberada durante un proceso de cambio de fase • Calor latente de fusión. La cantidad de energía absorbida durante el cambio de fase de liquido a gas Las magnitudes de los calores latentes dependen de la temperatura o la presión a la que se produce el cambio de fase Calor sensible. La cantidad de energía absorbida durante el cambio de fase de solido a liquido • Calor latente de vaporización. La cantidad de energía absorbida para incrementar la temperatura de una sustancia . DIAGRAMAS DE PROPIEDADES PARA PROCESOS DE CAMBIO DE FASE Diagrama T-v . Diagrama P-v . pero diferentes volúmenes específicos. Los estados que se hallan sobre la línea triple de una sustancia tienen la misma presión y temperatura.AMPLIACIÓN DE LOS DIAGRAMAS PARA INCLUIR LA FASE SÓLIDA En algunas condiciones las tres fases de una sustancia pura también coexisten en equilibrio En los diagramas P-v o T-v. Diagrama P-v de una sustancia . estos estados de tres fases forman una línea llamada línea triple. por lo tanto. se denomina punto triple Diagrama P-T de sustancias puras.Diagrama P-T Cuando línea triple aparece como un punto sobre los diagramas P-T. . . Superficie P-v-T de una sustancia. Esto es de esperarse porque las proyecciones de las regiones de dos fases sobre el plano P-T son líneas. ya que tal proceso debe pasar por estado de equilibrio. La totalidad de los estados a lo largo de la trayectoria de un proceso de cuasiequilibrio yacen sobre la superficie P-v-T. Las regiones de una sola fase aparecen como superficies curvas sobre la superficie P-v-T. mientras que las de dos como superficies perpendiculares al plano P-T.Superficie P-vT Todos los puntos sobre la superficie representan estados de equilibrio. Entalpía: una propiedad de combinación REVISAS ESTE VIDEO https://www.com/watch? v=VKDatibOfdw .youtube. A-4 las propiedades se enumeran a partir de la temperatura y en la A-5 por la presión. Estos símbolos son de uso común en termodinámica y provienen del alemán. En consecuencia. el cual denota la diferencia entre los valores de vapor saturado y líquido saturado de la misma propiedad. El uso de la tabla A-4 El subíndice f se emplea para denotar propiedades de un líquido saturado y el subíndice g para expresar las propiedades de vapor saturado. . Otro subíndice común es fg.Estados de líquido saturado y de vapor saturado Las propiedades de líquido saturado y de vapor saturado para el agua se enumeran en las tablas A-4 y A-5. Lista parcial de la tabla A-4. es más conveniente utilizar la A-4 cuando se tiene la temperatura y la A-5 cuando se tiene la presión. Determine la presión en el recipiente y el volumen del mismo . Temperatura del líquido saturado en un cilindro Un recipiente rígido contiene 50 kg de agua líquida saturada a 90°C.EJEMPLO. Determine la temperatura y la masa del vapor dentro del cilindro.EJEMPLO: Temperatura del vapor saturado en un cilindro Un dispositivo que consta de cilindro-émbolo contiene 2 pies3 de vapor de agua saturado a 50 psia de presión. . una sustancia existe como una parte líquida y otra de vapor.Mezcla saturada de líquidovapor Durante un proceso de evaporación. es decir. es una mezcla de líquido saturado y vapor saturado La calidad x como la razón entre la masa de vapor y la masa total de la mezcla: donde Las cantidades relativas de las fases líquida y de vapor en una mezcla saturada se especifican mediante la calidad x. . El volumen totale V es la suma de los dos . El volumen ocupado por el líquido saturado es Vf. mientras que el volumen para el vapor saturado es V g.Un recipiente contiene una mezcla saturada líquido-vapor. b) la calidad. . Mezcla saturada liquido vapor Un recipiente de 80 L contiene 4 kg de refrigerante 134a a una presión de 160 kPa. c) la entalpía del refrigerante y d) el volumen que ocupa la fase vapor. Prop. Determine a) la temperatura.EJEMPLO. la temperatura y la presión ya no son propiedades dependientes y pueden usarse de manera conveniente como dos propiedades independientes en las tablas En comparación con el vapor saturado. el sobrecalentado se caracteriza por Presiones menores (P <Psat a una T dada) Temperaturas superiores (T >Tsat a una P dada) Volúmenes específicos superiores (v > vg a una P o T dada) Energías internas superiores (u >ug a determinadas P o T) Entalpías superiores (h > hg a P o T específicas) . una sustancia existe com vapor sobrecalentado. Como la región sobrecalentada es de una sola fase (únicamente la de vapor).Vapor sobrecalentado En la región situada a la derecha de la línea de vapor saturado y a temperaturas superiores a la temperatura en el punto crítico. . Energía interna del vapor sobrecalentado Determine la energía interna del agua a 20 psia y 400°F.EJEMPLO. y = yf @ T Presiones superiores (P>Psat a una T dada) Temperaturas inferiores (T <Tsat a una P dada) Volúmenes específicos inferiores (v<vf a una P o T dadas) Energías internas inferiores (u < uf a una P o T dadas) Entalpías inferiores (h < hf a una P o T dadas) . Así.Líquido comprimido A falta de datos para líquido comprimido. una aproximación general es considerar al líquido comprimido como un líquido saturado a la temperatura dada (Fig. 3-42). Esto se debe a que las propiedades del líquido comprimido tienen mayor dependencia de la temperatura que de la presión. Aproximación del líquido comprimido como líquido saturado Determine la energía interna del agua líquida comprimida a 80°C y 5 MPa. con a) datos de la tabla para líquido comprimido y b) datos para líquido saturado. ¿Cuál es el error en el segundo caso? .EJEMPLO. Estado de referencia y valores de referencia En ocasiones. como resultado de usar un estado de referencia diferente. A pesar de esto. la termodinámica se interesa por los cambios de las propiedades. . por lo que el estado de referencia elegido no tiene consecuencias en los cálculos siempre que los valores empleados sean de un solo conjunto congruente de tablas o diagramas. tablas diferentes muestran distintos valores para algunas propiedades en el mismo estado. determine las propiedades faltantes y las descripciones de fase en la siguiente tabla: .EJEMPLO. El uso de las tablas de vapor para determinar propiedades Para el agua.