Unidad 2 2.1.- Propiedades de las sustancias · PDF filevapor saturado: vapor a punto de...

2.1.-

Propiedades de las sustancias puras

2.1.1.- Sustancias puras

Unidad 2: Propiedades de la materia

Unidad 2

PLANIFICACIÓNPLANIFICACIÓN

Certámenes:

• Certamen 1 15 de mayo

• Certamen 2 12 de junio.

• Certamen 3 6 de julio

2.1.- Propiedades de las sustancias puras

2.1.1.- 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 homogéneay composición química invariable .

H20en cada fase

Puro H2O+Aceite

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

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.- Propiedades de las sustancias puras

2.1.2.- Fases de una Sustancia pura

Las sustancias existen en fases distintas dependiendo de la Temperatura y la Presión

Fases principales �

Pueden existir varias fases dentro de la fase principal:

Ejemplo carbón sólido: Grafito y diamante, Helio (2 fases líquidas), hierro (3 fases sólidas)

S - L -G

Unidad 2: Propiedades de la materia

Unidad 1: Introducción a la Termodinámica

Comparación molecular entre sólidos y líquidos

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

Calentar

Enfriar

Calentar o reducir presión

Enfriar o comprimir

(solido)> (líquido)> (gas)

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.2.- Fases de una Sustancias puras

Existe mayor enlace (F. M) en sólidos , que en líquidos y gases. Razón? Moléculas están más cercas unas de otras

Modelo mecánico de un sólido

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.2.- Fases de una Sustancias puras

SolidificaciónFusión

CondensaciónVaporización

Sublimación Deposición

Sólido

Gas

líquido

ENERGIA

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.3.- Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

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

Mezcla saturada liq-vapor

ESTADO 5

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.5.- La superficie P-v-T

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.3.- Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

Que pasa si se aumenta la presión sobre el embolo?

A una determinada presión, la temperatura a la cual una sustancia pura cambia de fase se denomina Temperatura de saturación.Temperatura de saturación.Temperatura de saturación.Temperatura de saturación.A una determinada temperatura, la presión a la cual una sustancia pura cambia de fase se denomina Presión de saturación.Presión de saturación.Presión de saturación.Presión de saturación.

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.4.- Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase

Diagrama P-v

P

v

Líquido

comprimido

Saturada

líquido-vapor

Vapor

sobrecalentado

Punto crítico

( )fgf vvxvv −+=

•Cambios de fase

Durante un cambio de fase, la presión y latemperatura son propiedades dependientes

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.3.- Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

Psat

Tsat

A una Presión dada, la T° a la cualuna sustancia empieza a hervir sellama

Temperatura de Saturación, Tsat

A una Temperatura dada, la presióna la cual una sust pura empieza ahervir se llama

Presión de saturación, Psat

Unidad 2: Propiedades de la materia

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 de Gas.

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.2.1.6.- Tablas de Propiedades

Diagrama T-vT

v

Líquido

comprimido

Saturada

líquido-vapor

Vapor

sobrecalentado

Punto crítico

total

vapor

m

mx =

2.1.- Propiedades de las sustancias puras

2.1.4.- Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase

Unidad 2: Propiedades de la materia

Diagramas de fases

Un diagrama de fases es un gráfico que muestra laspresiones y temperaturas a las que están en equilibrio diferentes

fases. (Se representa la T vs P)

PuntoCrítico

PuntoTriple

Temperatura

Presión

Punto de :-Ebullición/condensación-Sublimación-Fusión/Congelación

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.

Temperatura

Presión

FluidoSupercrítico

A B A- Hay condensaciónB- No hay condensación

Ej.: Para el CO2

Tc= 31ºC y Pc= 72.9atm

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.4.- Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase

Punto Crítico

Punto Triple

PRESIÓN

TEMPERATURA

LÍQUIDO

VAPOR

SÓ L IDO

2.1.- Propiedades de las sustancias puras

2.1.5.- La Superficie P-v-T

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.5.- La superficie P-v-T

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.5.- La superficie P-v-T

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.5.- La superficie P-v-T

Líquido comprimido o subenfriado

Vapor sobrecalentado

Líquido saturado

Vapor saturadoN

ÍVE

L D

E E

NE

RG

ÍA

Mezcla saturada de líquido-vapor

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2.1.3.- Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.6.- Tablas de Propiedades

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

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.3.- Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

Prop. Termod. Fluidos interés técnico

Refrigerantes

Agua

Tablas Gráficos

Diagramas

Algebraica

Ecuaciones de estado

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2.1.3.- Pocesos de cambio de fase de Sustancias puras

TIPOS DE TABLAS DE PROPIEDADES

Tablas de SaturaciónProp. 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

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2.1.6.- Tablas de Propiedades

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.4.- Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase

•Entalpía

Generación de potencia

Refrigeración

H = U + PV

u1

p1 v1

u2

p2 v2h = u + Pv

Turbinas, compresores y toberas Flujo permanente

)( epechmWQ ∆+∆+∆=− &&& hwq ∆=−

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.4.- Diagramas de Propiedades para procesos de cambio de Fase

•EntropíaMedida del desorden molecular

Calidad de la energía disminuye Entropía del Universo aumenta

T

s

Punto críticoP2 > P1

P1

Líquido

comprimido Vapor

sobrecalentados1

s2

s1s

s1 = s1s < s2

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2.1.6.- Tablas de Propiedades

v

100

200

300

400

0,01 0,030,02 0,04

t [ºC] p [MPa]Pto.

Crítico

0,00315522,09H2O 374,14

CO2 34,05

O2

7,39

1,30

0,002143

0,032192H2

-118,05 5,08 0,002438

-239,85

a) Estados de líquido saturado y de vapor saturado

Unidad 2: Propiedades de la materia

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

2.1.6.- Tablas de Propiedades

b) Mezcla saturada de líquido y vapor

No olvidar...

Que durante un proceso de VAPORIZACIÓN sólocambia 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...

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.6.- Tablas de Propiedades

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

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.6.- Tablas de Propiedades

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)

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.6.- Tablas de Propiedades

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2.1.6.- Tablas de Propiedades

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2.1.6.- Tablas de Propiedades

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2.1.6.- Tablas de Propiedades

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2.1.6.- Tablas de Propiedades

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2.1.6.- Tablas de Propiedades