SUSTANCIA PURA

SUSTANCIA PURA
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.
Fase:
Tiene una configuración molecular distinta que la distingue de otras fases.
¿Se tiene que referenciar???
Es homogénea en todo el sistema y esta separada por superficies de frontera
fácilmente identificables.
1
PROCESO:
CAMBIO DE FASE
Sustancia pura (H2O)
Estado 4
Estado 3
Estado 2
VVS > VLS
VVS > VLS
P = 1 atm
T = 100 ºC
P = 1 atm
T = 100 ºC
P = 1 atm
T = 100 ºC
Calor
Vapor Saturado (VS)
Liquido Saturado (LS)
Calor
Líquido saturado
Mezcla saturada
Líquido Vapor
Calor
Vapor saturado
↑V
ΔV
pequeño
Estado 5
Estado 1
5
P = 1 atm
T = 300 ºC
2
P = 1 atm
T = 20 ºC
3
1
Calor
Líquido comprimido
Imágenes 3 y 4
4
Calor
Vapor
sobrecalentado
Diagrama T-V
H2O
T (ºC)
PUNTO CRÍTICO:( H2O)
Tc = 373.95oC
Pc=22.06 MPa
vc = 0.003106 m3/kg
Punto
crítico
ZONAS
373.95
Vapor
sobrecalentado
Líquido
comprimido
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.
Líquido
Saturado
Vapor
Saturado
V (m3/Kg )
0.003106
Imagen 5
Diagramas T – V, P – V y T – P
Sustancias puras (fases líquida y vapor)
Diagrama T-V
Diagrama P-V
T
T
Punto crítico
Punto crítico
Vapor
sobrecalentado
Líquido
comprimido
Líquido
comprimido
Vapor
sobrecalentado
Mezcla saturada
(Líquido – Vapor)
Mezcla saturada
(Líquido – Vapor)
v
Curvas P constante (Isobaras)
Pendiente Positiva
Imagen 6
P 2 > P1
v
Curvas T constante (Isotermas)
Pendiente Negativa
Imagen 7
T 2 > T1
Diagrama P –T (Diagrama de fase)
P
Sustancia que se
expande al
solidificarse
•Fases: Líquido, vapor y sólido
Sustancia que se
contrae al
solidificarse
•Punto crítico: Tc , Pc , vc
•Punto triple H2O:
T= 0.01oC P= 0.6117 kPa
Líquido
Líquido
Punto crítico
Curva↔
de Fusión
Líquido ↔ Sólido
Solido
Punto triple
Vapor
Curva de↔
Vaporización
Líquido ↔ Vapor
Vapor
Líquido
Sólido
T
Imagen 8
Curva de↔
Sublimación
Sólido ↔ Vapor
Diagramas P –V (Diagrama de fase)
Sustancias puras (fases líquida, sólida y vapor)
P
P
Punto crítico
Líquido
Líquido
Sólido + Líquido
Sólido
Punto crítico
Vapor
Vapor
Líquido + Vapor
Líquido + Vapor
Línea triple
Línea triple
Sólido + Vapor
Imagen 9
Sustancia que se contrae al
congelarse
Sólido + Vapor
v
Sustancia que se expande al
congelarse
Imagen 10
v
Diagramas P-V
Sustancias puras (fases líquida, Sólida y vapor )
Comportamiento P V T
(Superficie)
Sustancia que se contrae al
congelarse
Imagen 11
Sustancia que se expande al
congelarse
Imagen 12
6
TABLAS DE PROPIEDADES
Propiedades de Termodinámica
T, P. v. u, h. S
Se titulan para cada zona (región de interés
Vapor
Sobrecalentado
Mezcla saturada
(equilibrio L-V, S-V
Líquido
comprimidos
Volumen Específico
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
m3 / kg
Temperatura
(ºC)
Presión sat.
(Psat)
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
Liquido
saturado
Volumen
Especifico
Vapor
saturado
Líquido Saturado Vapor Saturado
7
MEZCLA SATURADA
Líquido- Vapor
MEZCLA SATURADA
(Liquido – Vapor)
Vg
Vapor Saturado
Vf
Liquido Saturado
V prom
Mezcla
Saturada
Líquido
Vapor
8
MEZCLA SATURADA
(Liquido – Vapor)
8
MEZCLA SATURADA
(Liquido – Vapor)
PoT
Yprom = Yf + x Yfg
Yf ≤
Yprom ≥ Yg
Donde:
Vavg - Vf
B
A
Y: Propiedad termodinamica (v, h, s, u)
f: Liquido saturado
g: Vapor saturado
Fg: diferencia entre V.saturado y L satuardo
C
Vfg
Vf
Vavg
Vg
V
Imagen 13
8
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
Cuando no se tengan datos para el
LIQUIDO COMPRIMIDO (L comp)
Una aproximaciión válida es
considerar :
El líquido comprimido (T y P)
como líquido saturado ( f ) a
la T dada.
vLcomp (T, P) ≈ vf (T)
uLcomp (T, P) ≈ uf (T)
Para P bajas a moderadas:
hLcomp (T, P) ≈ hf (T) + vf (T) [P – Psat(T)]
10
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
Pv
Z 
RT
Factor de corrección, que CUANTIFICA a una P y
T especificas
la DESVIACIÓN del comportamiento de GAS
IDEAL .
GAS IDEAL
Z=1
Z
v Re al
vGas Ideal
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
Curva generalizada del factor
de compresibilidad (Z)
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.
T
Comportamiento de
gas no ideal
Zona donde el vapor de agua se
comporta como GI.
Un gas presenta mayor
desviación a GI cerca al
punto critico.
Comportamiento de
gas ideal
Imagen 15
v
Imagen 16
12
Referencias
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