Termodinamica clase-3-2016 alumnos Profesora Aixa Gonzalez UCT

1. SUSTANCIAS PURAS

2. » CONCEPTO DE SUSTANCIA PURA
» FISICA DE LOS PROCESOS DE CAMBIOS DE FASE
» DIAGRAMAS DE PROPIEDADES
» PROCEDIMIENTOS DE CALCULOS
» GAS IDEAL Y SU ECUACION
» OTRAS ECUACIONES DE ESTADO

3. » Aquella sustancia que tiene una composición
química constante y se mantiene igual en todas
las fases.
˃ Tiene un solo constituyente!!!!!!
˃ Ejemplos
+ Agua
+ Helio
+ Dióxido de carbono

4. » Una mezcla de varios compuestos puede ser
considerada una sustancia pura bajo
determinadas condiciones
˃ Ejemplo
+ Aire
» Son las soluciones y las mezclas sustancias
puras????

5. » Una mezcla de aire gaseoso y liquido puede
considerarse una sustancia pura?
˃ Respuesta: NO, ya que ambos tienen composiciones diferentes. Los
componentes del aire tienen Temperatura de condensación diferentes
a una presión determinada

6. ¿Qué estados Uds. Conocen?
http://ed.ted.com/lessons/solid-liquid-gas-and-plasma-michael-
murillo?utm_source=TED-
Ed+Subscribers&utm_campaign=80b6d291dd-
2013_09_219_19_2013&utm_medium=email&utm_term=0_1aacc
ced48-80b6d291dd-47702121

7. GAS LÍQUIDO SÓLIDO

8. » Una sustancia dentro de una fase puede tener
diferentes estructuras
˃ Ejemplo
+ Fase sólida del carbono
+ Grafito
+ Diamante

11. EJEMPLO

13. » Moléculas dispuestas en patrón tridimensional (red)
» Fuerzas intermoleculares de atracción elevadas (distancia
entre moléculas pequeñas).
» Estas fuerzas son similares a resortes

14. » Las moléculas en estado sólido oscilan de manera continua
respecto a su posición de equilibrio.
» La velocidad de esta oscilación depende de la temperatura.
» Existe un punto, donde la Temperatura es tan alta que las
fuerzas intermoleculares disminuyen y se forman grupos de
moléculas.
COMIENZO PROCESO DE FUSION

15. » Las moléculas no se encuentran en posiciones fijas
entre sí
» Giran y se trasladan libremente
» Las fuerzas intermoleculares son débiles respecto a las
de un sólido
» Las fuerzas intermoleculares son fuertes respecto a los
gases

16. » Las moléculas están muy alejadas entre sí
» No hay orden molecular
» Colisiones entre sí y con el recipiente al azar
» Las moléculas en estado gaseoso tienen un nivel energético
mucho mayor que en los restantes estados.
» Es por ello que se requiere de una gran cantidad de energía
para condensar o congelar un gas

17. En todo proceso de cambio de fase, la presión y la temperatura
son propiedades dependientes. !!!!!!

18. » Para el estudio y demostración de los principios
básicos:
˃ se considerará al agua la sustancia base
MIRAR EL EJEMPLO DE LA WEB
http://www.educaplus.org/play-261-Curva-de-calentamiento-del-agua.html

20. » En las condiciones de T= 20ºC y P= 1 atm
» El agua se encuentra en la fase líquida
» Un liquido a punto de evaporarse se llama líquido
saturado.

21. » Aquel vapor que está a punto de condensarse es
llamado vapor saturado
» La fase líquida y vapor coexisten y se encuentran en
equilibrio.
» Es aquel vapor que dista mucho de condensarse
ò es un vapor que no está a punto de
condensarse

22. » La temperatura a la que ebulle un compuesto depende de la
presión.
» La temperatura de saturación (Tsat) es la temperatura a la que
una sustancia pura cambia de fase a una determinada presión.
Para fijar un estado de una sustancia
pura es necesario conocer por lo menos
dos propiedades intensivas o específicas
independientes.

24. Punto Crítico: (PC)
Es el estado donde las fases líquida y gaseosa se confunden. Este punto varía
dependiendo de la sustancia tratada y se define por: la presión crítica (Pc), la
temperatura crítica (Tc).
En los procesos que se llevan a cabo a esta Pc y Tc, no se puede establecer un
cambio de fase líquido a vapor y no pasan por un estado de equilibrio.
Punto Triple: (PT)
Es una propiedad característica de las sustancias, en el cual coexisten las tres
fases, es decir coexisten los estados sólido líquido y gaseoso.

27. » Estudiaremos el caso del agua, por las siguientes
razones:
1. El comportamiento es análogo en sustancias puras
2. Las tablas son similares en cuanto la forma de
presentar los datos
3. La importancia del agua en los procesos térmicos

28. » Las relaciones entre las propiedades termodinámicas son
complejas.
» Las propiedades se presentan en forma de tablas.
» Tablas de propiedades para vapor sobrecalentado y liquido
comprimido
» Tablas de mezclas: liquido-vapor saturado
» Tablas se encuentran al final del libro (apéndice)
» Se encuentran en el S.I. y en el sistema inglés (se diferencian
de las otras por una E)

29. » En las tablas tenemos los valores de entalpía (h)
y entropía (s).
» La propiedad entalpía se define como
)(
)/(
kJVPUH
kgkJvPuh



32. » Durante proceso de evaporación
˃ Para una sustancia pura coexisten dos fases en equilibrio:
líquida y vapor
+ CONOCIDA COMO MEZCLA SATURADA LIQUIDO-VAPOR
» Se define x= calidad: “Solo para mezclas”
gfvaporliquidototal
m
m
mmmmm
x total
vapor



33. » Por convención
˃ Un sistema de 2 fases puede ser tratado como una
mezcla homogénea.
˃ Por tanto se considerarán las propiedades promedio de
la misma.
V: Volumen total, v: volumen específico
ggff
promtotal
vmvmV
vmV



34. » Haciendo varias sustituciones
fg
fprom
v
vv
fgfg
fgfprom
x
vvv
vxvv





35. » Análisis anterior para h y U
» Todas las ecuaciones tienen el mismo formato:
resumiendo quedaría
Donde y es cualquiera de las variables de las tablas de propiedades
fgfprom
fgfprom
hxhh
uxuu


fgfprom yxyy 

39. » No existen muchas tablas para éste.
» Las propiedades no cambian mucho con la presión.
» A falta de datos se considera “el líquido comprimido como un
líquido saturado a la T dada”
» Válido para todas las propiedades
» Para T y P bajas y moderadas, la entalpía es sensible por lo
que
)(Tfyy 
)( )()()( TsatTfTf PPvhh 

43. » Los valores de u y h no se pueden medir directamente
» Se calculan a partir de propiedades medibles mediante
relaciones entre las propiedades termodinámicas.
» Con lo anterior se determinan cambios y no valores
específicos.
» Por tanto se necesita un valor de referencia
» Para el agua: el estado de referencia es T=0,01°C, para esta T,
se asigna valor 0 a la entalpía y energía interna

44. 1. Indicar el nombre del estado correspondiente, si la sustancia es agua.
a) P=10bar T= 172.96°C _________________
b) T=0°C s=-1.221kJ/kg-K _________________
c) T=374.14°C P= 22.09MPa _________________
d) T=290°C u= 1297.1kJ/kg _________________
e) x=40% T= 420°C _________________
f) P= 75kPa h= 2700kJ/kg _________________
g) P= 1.2544MPa s= 2kJ/kg-K _________________
h) T= -20°C u= 2721.6kJ/kg _________________
i) P= 313kPa v= 0.6822m3/kg _________________
j) h= 2500.6kJ/kg T= -10°C _________________
k) P= 80kPa h= 2700kJ/kg _________________
l) T= 1000°C u= 4045.4kJ/kg _________________
m) x=0% T= 647.3K _________________
n) P= 2MPa s= 6.4309kJ/kg-K _________________
o) P= 40MPa h= 2512.8kJ/kg-K _________________
p) P= 1.6MPa s= 8.2808kJ/kg-K _________________

45. 2.. Determinar el valor de la propiedad indicada y el nombre del estado correspondiente, si la sustancia es agua:
a) T= 172.96°C P=10bar h=_____________ ESTADO: ________
b) P= 200kPa h=2706.7kJ/kg v=_____________ ESTADO: ________
c) T= 250°C s=3.2802kJ/kg-K u=_____________ ESTADO: ________
d) P= 1.6MPa v=0.14184m3/kg T=_____________ ESTADO: ________
e) P=30.6bar u=1009.89kJ/kg h=_____________ ESTADO: ________
f) T=162°C h=2500kJ/kg v=_____________ ESTADO: ________
g) P=0.5MPa s=9.4224kJ/kg-K u=_____________ ESTADO: ________
h) T=124°C v=0.7933m3/kg P=_____________ ESTADO: ________
I) T=300°C P=15bar v=_____________ ESTADO: ________
j) P=10Mpa T=120°C h=_____________ ESTADO: ________

46. P
(Mpa)
T
(°C)
v
(m3
/kg)
u
(kJ/kg)
h
(kJ/kg)
s
(kJ/kg-K)
x
%
m
(kg)
V
(m3
)
0.8 10 2
0.5 0.3541 0.5
5 300 2
200 2850.1 1
1 2583.6 1
1 80 0.5
1 0.3541 5
5- Completar el cuadro de datos si la sustancia es agua: