Sustancia que tiene una composición química fija. Una sustancia pura no tiene que ser de un solo elemento, puede ser mezcla homogénea. Mezcla de aceite y agua Mezcla de hielo y agua
Las sustancias existen en fases diferentes. Existen tres fases principales. TRANSFORMACIONES DE LAS FASES En un sólido las moléculas están en posiciones fijas. En un líquido las moléculas se mueven alrededor una de otra. En un gas las moléculas se mueven al azar.
LIQUIDO COMPRIMIDO Y SATURADO
MEZCLA SATURADA DE LIQUIDO-VAPOR
VAPOR SATURADO Y VAPOR SOBRECALENTADO
TEMPERATURA DE SATURACIÓN Y PRESIÓN DE SATURACIÓN X El agua hierve a 100ºC El agua hierve a 100ºC con una presión de 1atm. Si se le añadiera más presión al émbolo, el agua tendría un punto de ebullición más alto. Temperatura de Saturación: Es la T que a una P dada, una sustancia cambia de fase. Presión de Saturación: Es la P que a una T dada, una sustancia cambia de fase.
CALOR LATENTE Cantidad de energía absorbida o generada durante un cambio de fase. Calor latente de fusión: cantidad de energía absorbida durante la fusión, que equivale a la cantidad de energía liberada durante la congelación. Calor latente de Vaporización: Cantidad de energía absorbida durante la vaporización, que equivale a la energía liberada durante la condensación.
diagrama tº-v PARA EL PROCESO DE CALENTAMIENTO DE AGUA A PRESION CONSTANTE
curva de saturación liquido-vapor de una sustancia pura
DIAGRAMA T-V PARA LOS PROCESO DE CAMBIO DE FASE A PRESION CONSTANTE DE UNA SUSTANCIA PURA A DIFERNTES PRESIONES ( LOS VALORES NUMÉRICOS SON PARA EL AGUA)
DIAGRAMA P-V DE UNA SUSTANCIA PURA
DIAGRAMA P-V DE UNA SUSTANCIA QUE SE EXPANDE AL CONGELARSE
DIAGRAMA P-V DE UNA SUSTANCIA QUE SE CONTRAE AL CONGELARSE
DIAGRAMA P-T DE SUSTANCIAS PURAS
superficie p-v-t de una sustancia que se expande al congelarse
superficie p-v-t de una sustancia que se contrae al congelarse
Las propiedades son complejas para expresarse con fórmulas, por esto la utilización de las tablas. entalpía Con frecuencia se encuentra en un análisis de volumen de control. H = U + PV (KJ) h = u + Pv (KJ/kg)
1a. Estados de líquido saturado y vapor saturado V fg = V g V f h fg Entalpía de Vaporización
1b. Mezcla saturada de liquido vapor Calidad (x) x = m g /m t 0 x 1 Donde m t = m f +m g
2. vapor sobrecalentado
liquido comprimido Existe una falta de datos para el líquido comprimido por la independencia de sus propiedades de la presión. Ante esto, una aproximación general es considerar al líquido comprimido como un liquido saturado a la Tºdada, pues las propiedades del liquido comprimido dependen mas de la Tºque de la presión. De ésta manera: y = y f @ T
Cualquier ecuación que relacione la presión, temperatura y volumen específicos de una sustancia se llama ecuación de estado. La ecuación de estado mas sencilla y conocida para sustancias en la fase gaseosa es la ecuación de estado de gas ideal. Esta predice el comportamiento P-v-T de un gas con bastante exactitud. ECUACION DEL GAS IDEAL Pv = RT Donde P es la presión absoluta, v es el volumen específico, R es la constante del gas (distinta en todos los gases) y T es la temperatura absoluta. A bajas presiones y altas temperaturas, la densidad de un gas disminuye y este se comporta como gas ideal en estas condiciones.
El uso de la E.G.I es conveniente por su sencillez. Los gases se desvían de su comportamiento de gas ideal cerca de las regiones de saturación y punto crítico. Esta desviación se explica mediante el factor de compresibilidad Z: Z = Z = Pv RT También se expresa como: Z = v v actual ideal Donde v ideal = RT/P
Para gases ideales Z = 1 Para gases reales Z < 1 ó Z > 1 Entre más lejos esté Z de 1, habrá mayor desviación del comportamiento de gas ideal.
La normalización se efectúa como: P = R P P cr y T = R T T cr Donde P R es la presión reducida y T R es la temperatura reducida.
PRINCIPIO DE ESTADOS CORRESPONDIENTES Z es aproximadamente el mismo para todos los gases a Tº s reducidas y misma P. carta de compresibilidad generalizada A partir de la carta de compresibilidad generalizada son posibles las siguientes observaciones: 1. Cuando P R << 1, los gases se comportan como un gas ideal. 2. Cuando T R > 2, el comportamiento de gas ideal puede suponerse sin importar la presión (excepto cuando P R >> 1). 3. Z es mayor cerca del punto crítico. volumen especifico pseudorreducido Cuando nos dan P y v ó T y v en vez de P y T, podemos determinar la 3ra propiedad a través de la carta de compresibilidad generalizada, pero implicaría el error. Por esto es conveniente definir el Volumen Especifico Pseudorreducido: v R = v RT actual cr / P cr
CALORE ESPECÍFICO Energía necesaria para elevar un grado la Tºde una masa unitaria de una sustancia. 1. CALOR ESPECIFICO A VOLUMEN CONSTANTE (Cv) 2. CALOR ESPECÍFICO A PRESIÓN CONSTANTE (Cp) Cp > Cv Consideremos una masa fija en un sistema cerrado estacionario que pasa por un proceso a vol. cte. El principio de conservación de energía para este proceso puede expresarse en forma diferencial como: σe σe = entra sale du du Por la definición de Cv: = C dt ó Cv = v u T v CAMBIO DE LA ENERGIA INTERNA CON LA TºA VOL. CTE.
Considerando un proceso de expansión o compresión a P cte, podemos obtener Cp: C p = h T p CAMBIO DE LA ENTALPIA CON LA Tº A P CTE. -Cp y Cv se expresan en términos de otras propiedades, por lo que ellos mismos deben ser propiedades. -Como cualquier otra propiedad, Cp y Cv dependen de un estado que esta especificado por 2 propiedades intensivas independientes, o sea, que el calor específico será diferente a diferentes Tº s y P s (la diferencia no es muy grande). -Las ecuaciones de Cv y Cp son relaciones de propiedades, por lo que son independientes del tipo de proceso. -Cv y Cp son válidas para cualquier sustancia que pasa por cualquier proceso. -Cv está relacionado con los cambios de energía interna y Cp con los cambios de entalpía. -La energía interna y la entalpía pueden ser cambiadas con transferencia de energía. -Unidad común kj/kg. ºC ó kj/kg. K -Cuando son dados en base molar son denotados como Cv, Cp y sus unidades son kj/kmol. ºC ó kj/kmol. K.