Este documento presenta información sobre propiedades termodinámicas de sustancias puras. Explica tablas de propiedades como temperatura, presión, volumen, energía y entropía. También cubre comportamiento de gases ideales y reales, ecuaciones de estado como van der Waals y aplicaciones en industrias alimentarias.

1. SUPERFICIES
TERMODINAMICAS
PROPIEDADES SUSTANCIA
PURA II

2. TABLAS DE PROPIEDADES TERMODINÁMICAS
T, P, v Temperatura, Presión y Volumen específico
u, h y s Energía interna, entalpía y entropía
Apéndice B Consta de 5 tablas como se muestra en la figura 3.8
Vapor sobrecalentado
Líquido comprimido
Solido saturado y vapor saturado
Ejemplo: Calcular el volumen específico de un vapor saturado a 200°C que tiene
calidad de 70%.

3. Ejemplo 3.2
Determine la temperatura y la calidad
(si está definida) para el agua a una
presión de 300 kPa para cada uno de
los volumenes específicos siguientes.
1. o,5 m³/kg
2. 1 m³/kg

4. Ejemplo 3.3
Un recipiente cerrado contiene 0.1m³
de líquido saturado y 0.9m³ de vapor
saturado R-134a en equilibrio a 30°C.
Determine el porcentaje de vapor con
base en la masa. Los valores de las
propiedades de saturación para el R-
134a se obtienen de la tabla B.5.1

5. Ejemplo 3.4
Un recipiente rígido contiene vapor de
amoniaco saturado a 20°C. Se
transfiere calor al sistema hasta que su
temperatura alcanza 40°C. Cuál es su
presión final?

6. Regiones bifásicas
**
La temperatura de
congelamiento disminuye
al aumentar P.
Cuando la presión de
vapor aumenta a lo largo
de la línea de Tcte abcdef
una sustancia que se
expande al congelarse se
transforma primero en
sólido y después en
líquido.

7. La temperatura de
congelamiento se incrementa
al aumentar la presión
Para una sustancia que se
contrae al congelarse, la línea
de Tcte indica que al aumentar
P sobre el vapor, primero se
transforma en líquido y
después en sólido.

8. COMPORTAMIENTO P-v-T DE LOS GASES
IDEALES DE BAJA DENSIDAD Y MODERADA
Energía Potencial intermolecular Asocia las fuerzas entre moléculas
Densidades bajas Las distancias promedio entre moléculas son tan
grandes que la Energía Potencial Intermolecular
puede despreciarse.
PV=nRT
_
Pv=RT
_ Se ha observado experimentalmente que un gas
de densidad muy baja se comporta de acuerdo
con la ECUACION DE ESTADO DE LOS GASES
IDEALES.
Donde,
n=m/M kg/kg/kmol
R
_
Constante universal de los gases 8,3145 KJ/KmolK

9. COMPORTAMIENTO P-v-T DE LOS GASES
IDEALES DE BAJA DENSIDAD Y MODERADA
PV=nRT
_
Pv=RT
_
Donde,
n=m/M [Kg/kg/kmol]
R
_
Constante universal de los gases 8,3145 KJ/KmolK
3.3
3.4
Sustituimos 3.4 en 3.3
R= R/M
_
Es diferente para cada gas dado. Ver para
diferentes sustancias Apéndice A.5
PV=mRT Pv=RT

10. Ejemplo 3.5
¿Cuál es la masa de aire contenida en
una habitación de 6m x 10m x 4m si la
presión 100 kPa y la temperatura 25°C?
Suponga que el aire es un gas ideal.
Ver tabla A5.

11. Ejemplo 3.6
Un tanque de volumen de 0.5m³ y
contiene 10 kg de un gas ideal con un
peso molecular de 24. La temperatura
es 25°C. ¿Cuál es la presión?.

12.  La ecuación de los gases ideales es útil para realizar
cálculos termodinámicos es una buena aproximación
a densidad baja. Sin embargo, para que rango de
densidades será precisa la ecuación de los gases
ideales?
 ¿Cuánto se desvía un gas real a una P y T dadas del
comportamiento de los gases ideales?

14. ECUACIONES DE ESTADO PARA GASES
REALES
 Los gases reales se apartan en mayor o en menor
medida del comportamiento ideal.
 Naturaleza
 Cercanía al Punto crítico
 Presiones elevadas
 Temperaturas muy bajas próximas a la condensación
 En estos casos no se puede utilizar la ecuación de gas
ideal porque se comete un error muy grande.

15. ECUACIONES DE ESTADO PARA GASES
REALES
 El grado de desviación de la idealidad se determina
con el FACTOR DE COMPRESIBILIDAD .
 Z se define como la relación entre el volumen específico
real de un gas a presión y temperatura definidas y el
volumen de ese mismo gas calculado por la ecuación de
estado.
ideal
real
v
v
Z 
Z=1 Ideal
Z>1 Real
Z<1 Real

16. ECUACIONES DE ESTADO PARA GASES
REALES
P
RT
videal 
RT
Pv
Z real

ZRTPv 
ZRTPv  Teniendo en cuenta el comportamiento de los
gases reales

17. Z
1. A todas las temperaturas Z -->1 a medida que P -->0. Es decir, conforme P se
aproxima a cero el comportamiento P-v-T se aproxima a lo que predice la ecuación
de los gases ideales.

18. Z
2. A temperaturas de 300k y superiores el factor de compresibilidad z se acerca a 1
hasta la P aproximada de 10 MPa. Lo cual implica que la ecuación de los gases
ideales puede aplicarse al N y aire en este rango con considerable precisión.

19. Z
3. A temperaturas bajas o a presiones muy altas el factor de compresibilidad se
desvía de manera significativa de los gases ideales.
Las fuerzas de atracción a densidad moderada tienden a ocasionar que las moléculas
se acerquen y producen Z<1.
A densidades muy altas, las fuerzas de repulsión tienden a ejercer el efecto opuesto
Z>1.

20. Z
Los diagramas de compresibilidad para otras sustancias son similares respecto a las
características descritas para el N.
Para colocar todas estas sustancias sobre una base común. Se reducen las
propiedades respecto a los valores del punto crítico.

21. Figura D.1
 Diagrama generalizado para moléculas simples.
 En caso de emplearse para una sustancia particular,
los resultados serán erróneos.
 Si se requiere información P-v-T para una sustancia
en una región donde no se han hecho mediciones
experimentales, este diagrama generalizado de
compresibilidad dará resultados de precisión
razonable.
 Basta con conocer P y T crítica para emplear este
diagrama.
c
r
P
P
P 
c
r
T
T
T 

22. Figura D.1
 Se utilizará para ayudar a decidir si es razonable suponer
el comportamiento de gas ideal como modelo.
 Si P<< Pcrit---Se puede emplear el modelo gases ideales.
 A T>Tcrit ---- Se puede emplear modelo gases hasta
presiones equivalentes a cuatro o cinco veces Pc.
 Si T<2Tcrit y P no es baja en extremo….Es una región
que está en vapor sobrecalentado, donde la desviación
respecto de un gas ideal es considerable—En esta región
es preferible usar tablas de propiedades termodinámicas.

23.  A presiones y temperaturas reducidas los valores de
Z son aproximadamente iguales para todos los gases,
característica que se utiliza para graficar los valores
de Z a diferentes presiones y temperaturas
reducidas.

24. Ejemplo 3.7
 Diga si es razonable suponer el comportamiento de
gas ideal en cada uno de los estados que se
mencionan:
1. Nitrógeno a 20°C, 1 Mpa
2. Dióxido de carbono a 20°C, 1 Mpa
3. Amoniaco a 20°C, 1 MPa

25. Ejemplo 3.8
 Determine el volumen específico para R-134ª a
100°C y 3 MPa para los siguientes modelos:
1. Las tablas de R-134ª, tabla B.5
2. Gas ideal
3. El diagrama generalizado, figura D.1

26. Ecuación de van der Waals
2
V
a
bV
RT
P 


Modela el comportamiento de un gas real
Tiene en cuenta las desviaciones que presentan en la presión debido a las fuerzas de
atracción entre las moléculas del gas.
Tiene en cuenta las desviaciones en el volumen.
a y b son constantes características de cada gas

27. Ecuación de van der Waals
b: Representa corrección por el
volumen ocupado por moléculas
2
V
a Corrección que toma en cuenta las
fuerzas de atracción intermolecular
Cuando aumenta el volumen y disminuye la presión las moléculas del gas
están más separadas y por consiguiente las fuerzas de atracción y el
volumen ocupado por las propias moléculas son despreciables. Pero a
presiones altas estos factores se vuelven importantes y es necesario
considerarlos para no cometer errores que serían inaceptables en
ingeniería.
2
V
a
bV
RT
P 


0


v
P
02
2



v
P

28. Ecuación de van der Waals
b: Representa corrección por el
volumen ocupado por moléculas
2
V
a Corrección que toma en cuenta las
fuerzas de atracción intermolecular2
V
a
bV
RT
P 


0


v
P
02
2



v
P
cP
TR
a
c
64
27
22

cP
RT
b
c
8

Se aplica en las cercanías de las condiciones críticas

29. Ecuación de Redlich-Kwong
    5.0
TbVV
a
bV
RT
P




c
c
P
TR
a
5.22
427.0

c
c
P
RT
b
0866.0

Volumen molar
Se aplica a un mayor rango de P y T.

30. Ejemplo
El etileno es un gas que se utiliza con mucha frecuencia
en la creación de atmósferas controladas para la
maduración de frutas. Como parte de un trabajo de
investigación se necesita determinar la presión que
generarían 100 moles de etileno en un recipiente de 50
litros a una temperatura de 27°C. Determine este valor
utilizando la ecuación de
a.Gas ideal
b.Van der Waals
c.Redlich-Kwong.
Para el etileno Pc= 5,03MPa; Tc=282K.
Qué concluye al respecto?

31. Aplicación industria de alimentos
 Los alimentos frescos o procesados no son sustancias
puras, son mezclas coloidales de composición
compleja que presentan un comportamiento muy
particular y por tanto es difícil tratar de modelar
mediante ecuaciones la relación entre variables como
P,T, v o densidad en estos sistemas. Sin embargo,
comprender las relaciones en sistemas simples como
las sustancias puras ayuda en la formación del
criterio científico y técnico frente al manejo de estas
variables extrapoladas a casos concretos,
particularmente los que implican cambio de fase.

32. Aplicación industria de alimentos
Sistemas de refrigeración Conservación de alimentos
Absorción de calor
Refrigerante en estado
líquido comprimido al
reducir su P y evaporarse.
Diseño, construcción , mantenimiento sistemas de refrigeración
Comportamiento
refrigerantes al variar P, T
Tablas
Termodinámicas
Evaporación, cristalización, extracción, destilación, humidificación, secado