Unidad Propiedades de las sustancias puras

Transcripción

1 Unidad Propiedades de las sustancias puras Sustancias puras

2 PLANIFICACIÓN Certámenes: Certamen 1 15 de mayo Certamen 2 12 de junio. Certamen 3 6 de julio

3 2.1.- Propiedades de las sustancias puras Sustancias puras Es toda sustancia que tiene una composición química fija en cada fase. Ej Agua, nitrógeno, helio, etc Puede ser mezcla siempre que tenga composición homogénea y composición química invariable. H 2 0 Puro en cada fase H2O+Ace ite No es homogenea Una mezcla de dos fases de una sustancia pura, sigue considerándose una sustancia pura => Composición química homogénea. Mezcla de aire en dos faces no es homogénea, no es sustancia pura

4 2.1.- Propiedades de las sustancias puras Fases de una Sustancia pura Las sustancias existen en fases distintas dependiendo de la Temperatura y la Presión Fases principales S - L -G Pueden existir varias fases dentro de la fase principal: Ejemplo carbón sólido: Grafito y diamante, Helio (2 fases líquidas), hierro (3 fases sólidas)

5 Unidad 1: Introducción a la Termodinámica Comparación molecular entre sólidos y líquidos Enfriar o comprimir Enfriar Calentar o reducir presión Calentar GASES -Desorden total -Partículas tienen completa libertad de movimiento. -Partículas tienden a estar alejadas entre si - Forma y volumen indeterminado. LÍQUIDOS -Menor desorden -Partículas tienen movimiento relativo entre si -Partículas tienen mayor cohesión (juntas) - Forma determinada al recipiente que los contiene SÓLIDOS -Orden -Partículas fijas en una posición determinada. -Partículas unidas entre si - Forma y volumen determinado

6 Existe mayor enlace (F. M) en sólidos, que en líquidos y gases. Razón? Moléculas están más cercas unas de otras (solido)> (líquido)> (gas) Modelo mecánico de un sólido Fases de una Sustancias puras

7 Gas Vaporización Condensación E N E R G I A Sublimación Fusión líquido Solidificación Deposición Sólido Fases de una Sustancias puras

8 1. LIQUIDO COMPRIMIDO: QUE NO ESTÁ A PUNTO DE EVAPORARSE 2. LIQUIDO SATURADO: LIQUIDO A PUNTO DE EVAPORARSE 3. VAPOR SATURADO: VAPOR A PUNTO DE CONDENSARSE 4. MEZCLA SATURADA DE LIQUIDO-VAPOR 5. VAPOR SOBRECALENTADO: VAPOR QUE NO ESTÁ A PUNTO DE CONDENSARCE ESTADO 1 ESTADO Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras Mezcla saturada liq-vapor

9 La superficie P-v-T

10 A una determinada presión, la temperatura a la cual una sustancia pura cambia de fase se denomina Temperatura de saturación. A una determinada temperatura, la presión a la cual una sustancia pura cambia de fase se denomina Presión de saturación. Que pasa si se aumenta la presión sobre el embolo? Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

11 Diagrama P-v P Punto crítico Líquido comprimido Vapor sobrecalentado Saturada líquido-vapor v = v f + x ( v v ) g f v Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase

12 Cambios de fase Durante un cambio de fase, la presión y la temperatura son propiedades dependientes P sat A una Presión dada, la T a la cual una sustancia empieza a hervir se llama Temperatura de Saturación, Tsat T sat A una Temperatura dada, la presión a la cual una sust pura empieza a hervir se llama Presión de saturación, Psat Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

13 La curva de cambio de fase está en negro. Se define una campana celeste que es la zona donde se produce el cambio de fase. A la izquierda está la zona de líquido saturado y a la derecha la zona de vapor sobrecalentado Las líneas que aparecen son isotermas. De ellas destaca la isoterma crítica. Cuando el vapor de agua está sobre esa temperatura crítica (K), por mucho que se comprima el vapor, este no condensa. Esto define la zona amarilla degas Tablas de Propiedades También se debe tener claro que en la fase líquida, las isotermas son casi verticales. Esto se debe a que el agua es fluido casi incompresible.

14 2.1.- Propiedades de las sustancias puras Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase T Diagrama T-v Punto crítico Líquido comprimido Vapor sobrecalentado Saturada líquido-vapor x = m m vapor total v

15 Diagramas de fases Un diagrama de fases es un gráfico que muestra las presiones y temperaturas a las que están en equilibrio diferentes fases. (Se representa la T vs P) Presión Punto Crítico Punto de : -Ebullición/condensación -Sublimación -Fusión/Congelación Punto Triple Temperatura

16 Diagramas de fases Punto Triple: Punto (Tª y presión) donde las tres fases están en equilibrio. Punto crítico: Punto (Tª y presión crítica) sobre el cual la fase líquida y gaseosa una sustancia son indistinguibles. Presión Fluido Supercrítico Ej.: Para el CO 2 Tc= 31ºC y Pc= 72.9atm A B A- Hay condensación B- No hay condensación Temperatura

17 2.1.- Propiedades de las sustancias puras La Superficie P-v-T PR ESI ÓN SÓ L ID O LÍQUIDO Punto Crítico Punto Triple VAPOR TEMPERATURA Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase

18 La superficie P-v-T

19 La superficie P-v-T

20 La superficie P-v-T

21 Vapor sobrecalentado NÍVEL DE ENERGÍA Vapor saturado Líquido saturado Mezcla saturada de líquido-vapor Líquido comprimido o subenfriado Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

22 a) Estados de líquido saturado y de vapor saturado Subíndice f : Se emplea para denotar prop. De LIQUIDO SATURADO Subíndice g : Se emplea para las propiedades de VAPOR SATURADO Subíndice fg : Denota la diferencia entre los valores de vapor saturado y liquido saturado de la misma propiedad Tablas de Propiedades

23 Prop. Termod. Fluidos interés técnico Agua Refrigerantes Tablas Gráficos Algebraica Diagramas Ecuaciones de estado Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

24 TIPOS DE TABLAS DE PROPIEDADES Tablas de Saturación Prop. De la región bifásica liq-vap Tablas de líquidos y vapores Para las prop. De las regiones monofásicas Liq y vap Liquido saturado Vapores saturados Mezclas liq-vap Liquidos subenfriados Vapores sobrecalentados Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

25 Tablas de Propiedades

26 Entalpía Generación de potencia Refrigeración H = U + PV h = u + Pv u 2 p 2 v 2 u 1 p 1 v 1 Turbinas, compresores y toberas Flujo permanente Q& W& = m& ( h + ec + ep) q w = h Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase

27 Entropía Medida del desorden molecular Calidad de la energía disminuye Entropía del Universo aumenta T Punto crítico P 2 > P 1 s 2 P 1 Líquido comprimido s 1s s 1 Vapor sobrecalentado s 1 = s 1s < s 2 s Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase

28 a) Estados de líquido saturado y de vapor saturado Pto. Crítico 0,01 0,02 0,03 0,04 t [ºC] p [MPa] v H 2 O 374,14 22,09 0, Tablas de Propiedades CO 2 34,05 O 2 7,39 0, H 2-239,85 1,30 0, ,05 5,08 0,002438

29 b) Mezcla saturada de líquido y vapor Durante proceso de EVAPORACIÓN una sust existe como: Parte líquida Parte vapor Para analizar se necesita conocer las proporciones de liquido y vapor Nueva propiedad: Calidad (X) : razón entre la masa de vapor y la masa total de la mezcla Tablas de Propiedades

30 b) Mezcla saturada de líquido y vapor No olvidar... Que durante un proceso de VAPORIZACIÓN sólo cambia la cantidad de líquido saturado NO sus propiedades P,T Deducción de la calidad a través del volumen específico... Calidad se relaciona con las distancias horizontales en los diagramas p-v y T-v Tablas de Propiedades

31 c) Vapor Sobrecalentado Ubicada en la región derecha de la línea de vapor saturado. Región de una sola fase P y T ya no son prop dependientes Tablas de Propiedades

32 d) Líquido Comprimido No existen muchas tablas para el líquido comprimido ya que sufren pequeñas variaciones con la presión: Esto es... Si aumento 100 veces la presión ocasiona que las propiedades varíen menos del 1% S/E propiedad más afectada es la entalpía. Ante falta de datos se aproxima al liquido comprimido como un liquido saturado a la temperatura dada (VER) Tablas de Propiedades

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