termodinamica - Sustancia Puras

1. TEMA 2
SUSTANCIA PURA

2. Sustancia pura
Es cualquier material que tiene unas propiedades características que la
distinguen claramente de otras. Algunas de estas propiedades son difíciles
de medir como color, olor, sabor; pero otras se pueden determinar con
exactitud, por ejemplo la densidad o las temperaturas de fusión y ebullición
en unas condiciones dadas. Como ejemplo, el agua pura obtenida en la
investigación inicial sería transparente, sin olor ni sabor. Además, su
densidad sería 1 g/ml a la temperatura de 15ºC, su temperatura de fusión
0ºC y la ebullición se produciría a 100ºC (todo ello a la presión de una
atmósfera).

3. Equilibrio de fase
Los estados de equilibrio de una sustancia simple compresible pueden
representarse como una superficie en un espacio tridimensional.
Las fases sólida, líquida y gaseosa (vapor) aparecen sobre la superficie como
regiones.
El estado en esas regiones monofásicas se especifica mediante los
valores de dos cualesquiera de las tres propiedades P, v yT.
Regiones monofásicas están separadas,
en la superficie, por regiones bifásicas que representan los cambios de fase.
Cualquier estado representado por un punto sobre la línea de separación
de una región monofásica de otra bifásica se conoce como estado de
saturación

4. La línea t-d-f-c del diagrama PT que representa la superficie líquido-vapor se
llama línea de saturación líquido-vapor. También se la conoce como curva de
vaporización.
La presión y temperatura en cualquier estado a lo largo de esta línea (tal como el
d) se conocen como la presión de saturación Psat y la temperatura de saturación
Tsat de ese estado. La presión de saturación se conoce también como presión
de vapor.
“Debe resaltarse el rápido aumento de, la presión de vapor con la temperatura,
ya que esto es una característica general de las sustancias puras”

5. Propiedades independientes de una sustancia pura
Una razón importante para introducir el concepto de una sustancia
pura es que el estado de una sustancia pura, comprensible, simple (es
decir una sustancia pura en ausencia de movimiento, gravedad y efectos
de superficie, magnéticos o eléctricos) se define por dos propiedades
independientes. Por ejemplo, si se especifican la temperatura y el
volumen especifico del vapor sobrecalentado, se determina el estado del
vapor
Para comprender la importancia del término propiedad
independiente, considérese los estados de líquido saturado y vapor
saturado de una sustancia pura. Estos dos estados tienen la misma
presión y la misma temperatura, pero definitivamente no son el mismo
estado. Por lo tanto, en un estado de saturación, la presión y la
temperatura no son propiedades independientes. Para especificar el
estado de saturación de una sustancia pura se requieren dos
propiedades independientes como la presión y el volumen específico, o
la presión y la calidad

6. Para una masa de control difásica, la calidad varía desde 0, cuando la masada
control está compuesta únicamente de líquido saturado, hasta 1, cuando está
constituida únicamente por vapor saturado. Con frecuencia, la calidad también se
expresa como un porcentaje. Obsérvese que la calidad sólo está definida para la
mezcla difásica constituida por líquido y vapor. El volumen del sistema a lo largo
de la línea difásica es: V= Vliq+ Vvap Si consideramos una masa m que tiene una
calidad x. La expresión anterior definirá el volumen o sea la suma del volumen del
líquido y el volumen del vapor. En términos de la masa, la ecuación anterior se
puede escribir en la forma mv = m liq v liq + m vap v vap. Ya se había definido v f,
para referirnos al volumen especifico del liquido saturado y v g , para el volumen
especifico del vapor saturado, ahora bien la diferencia entre estos dos v g - v f ,
representa el incremento en volumen especifico cuando el estado cambia de
liquido saturado a vapor saturado y de identifica como v fg

7. Ecuaciones de estado para la fase vapor
A partir de observaciones experimentales se ha establecido que el
comportamiento, según las propiedades P, v y T, de gases a baja densidad,
esta representado muy aproximadamente por la siguiente ecuación de
estado.
Pv = Rg
Ten donde, Rg= Ru/M.en que Rg
del gas, M el peso molecular y Ru
es la constante universal de logases. El valor de Ru depende de las
unidades elegidas para P, v y T. Los valores que se usarán más frecuencia
en este texto son: R
u
= 848 kgfm/kgmol ºK = 1545 pies lbf/lbmol ºR = 1.987 Btu/lbmol ºR
Es cuando el Número de mach es mayor que " 0.3" por lo cual se
presenten variaciones apreciables de densidad. Cuando ocurre lo anterior
quiere decir que las variaciones de las presiones y temperaturas también
son significativas. Esas grandes variaciones de temperatura implica que las
ecuaciones de la energía siguientes no se pueden despreciar:

8. Superficie Termodinámica
Puede ser definido como una región del universo cuyas propiedades
se encuentran completamente definidas por su estado termodinámico.
Además, podría intercambiar materia y energía con otros sistemas de
su entorno.
Para identificarlo con los sistemas reales, diremos que un sistema
termodinámico es cualquier sistema macroscópico es decir, compuesto
de un número de partículas muy elevado, del orden del número de
Avogadro (1023
).
Se dice macroscópico porque un sistema con tantas partículas tendrá un
tamaño muy grande, de una escala parecida a la humana.
Para abreviar, ya que nuestra intención a lo largo del curso será tratar
con sistemas macroscópicos que se comporten como los sistemas
termodinámicos ideales que estamos presentando, comúnmente los
llamaremos simplemente sistemas aunque los consideremos
como sistemas termodinâmicos.