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Presentar el concepto de sustancia pura. Estudiar la fsica de los procesos de cambio de fase. Ilustrar los diagramas de propiedades P-v, T-v, y P-T y las

superficies P-v-T de una sustancia pura. Demonstrar los procedimientos para determinar las

propiedades termodinmicas de una sustancia pura usandolas tablas apropiadas.

Describir la sustancia gas ideal y las ecuaciones de estado.

Aplicar la ecuacin de gas ideal para la solucin de problemas.

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SUSTANCIA PURA: una sustancia que tiene unacomposicin qumica fija en cualquier parte.

Nitrgeno y aire (gaseoso) son sustancia puras. Una mezcla de agua lquida y

vapor, es una sustancia pura, pero una mezcla de lquido y aireno es una sustancia pura.

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Las molculasen un slidopermanecen en sus posiciones .

En un slido lasfuerzas de atraccin y

repulsin entre lasmolculas se

mantienenrelativamente

constantes debido a la distancia entre ellas.

Disposicin de los tomos en diferentes fases : (a) las molculas estm en posiciones relativamente fijas en un slido, (b) grupos de molculas se apartanentre s en la fase lquida, y, (c) las molculas se mueven al azar en la fasegaseosa.

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Lquido comprimido (lquido subenfriado): Una sustancia queno est a punto de evaporarse.

Lquido saturado: un lquido que est a punto de evaporarse.

A 1 atm y 20C, el agua est en faselquida (lquidocomprimido).

A presin de 1 atmy 100C, el agua

existe como lquidoy lista para ser

vaporizada. (lquido saturado)

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Vapor saturado: Un vapor que est a punto de condensarse. Mezcla saturada de lquido-vapor: En estos estados las fases lquida

y vapor coexisten en equilibrio. Vapor sobrecalentado: Un vapor que no est a punto de condensarse

(es decir, no es vapor saturado)

A medida que se transfierems calor, parte del lquidosaturado se evapora (mezclasaturada de lquido-vapor).

A 1 atm de presin, la temperatura permanececonstante en 100C hastaque se evapora la ltima gotade lquido (vapor saturado) .

Conforme se transfierems calor, la temperaturadel vapor empieza a aumentar (vapor sobrecalentado).

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Diagrama T-v parael proceso de calentamiento del agua a presinconstante.

Si el proceso completo entre los estados 1 al 5 se revierte por un proceso de enfriamiento manteniendo constante la presin, el aguapuede regresar al estado 1 describiendo la misma trayectoria y la cantidad de calor rechazado es exactamente la misma cantidad de calor agregado durante el proceso de calentamiento.

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Temperatura de saturacin y presin de saturacin. La temperatura a la cual comienza a hervir el agua depende de la presin; en

consecuencia, si la presin es constante, sucede lo mismo con la temperatura de ebullicin.

Temperatura de saturacinTsat: La temperatura a la que una sustancia puracambia de fase a una presin determinada.

Presin de saturacin Psat: La presin a la que una sustancia pura cambia de fase a una determinada temperatura.

Curva de saturacinlquido-vapor de unasustancia pura. (los valoresnumricos son para el agua)

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Calor latente: La cantidad de energaque es absorvida o liberada durante un proceso de cambio de fase.

Calor latente de fusin: la cantidad de calor absorvida durante el proceso de fusin. Equivale a la cantidad de energaliberada en el proceso de congelacin.

Calor latente de evaporacin: La cantidad de energa absorvida durante la evaporacin es equivalente a la energaliberada durante la condensacin..

Las magnitudes de calores latentesdependen de la temperatura o de la presin en la que sucede el cambio de fase..

A 1 atm de presin, para el agua, el calorlatente de evaporacin es 2256.5 kJ/kg.

La presin atmosfrica y su temperaturade ebullicin disminuyen con la altura.

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Algunas consecuencias de la dependencia de Tsat y Psat

La temperatura del nitrgeno lquido expuestoa la atmsfera permanececonstante en -196C, y, de esta manera, la cmarade prueba se mantiene en esta temperatura.

Variacin de la temperaturadebido a la

presin, en frutasy vegetales,

durante la refrigeracin porvaco de 25C a

0C.

Se produjo hieloal crear vaco en

el espacio queocupaba el aire

en un recipientecon agua.

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Las variaciones que experimentan las propiedades durante los procesosde cambio de fase se comprenden mejor con la ayuda de los diagramasde las propiedades. Se analizan los diagramas T-v, P-v, y P-T para lassustancias puras.

Diagrama T-v de procesosde cambio de fase a presin constante de unasustancia pura. Se indicanlas curvas a diferentespresiones. (los valoresnumricos son para el agua)

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Lnea de lquido saturado Lnea de vapor saturado. Regin de lquido

comprimido. Regin de vapor

sobrecalentado. Regin de mezcla saturada

lquido-vapor.

A presionessupercrticas (P >Pcr), no hay procesodefinido de cambio de fase (ebullicin)

Diagrama T-v de una sustancia pura.

Punto Crtico: punto en que los estados de lquido saturado y vapor saturado son idnticos.

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Diagrama P-v de una sustancia pura. La presin en un dispositivo de cilindro-mbolo se puede disminuir

al reducir el peso del mbolo.

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Diagrama P-v de una sustanciaque se contrae al congelarse.

Diagrama P-v de una sustancia que se expande al congelarse. (por ejemplo, el agua).

A la presin y temperatura del punto

triple, una sustanciaexiste en tres fases en

equilibrio.

Para el agua, Ttp = 0.01C

Ptp = 0.6117 kPa

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Sublimacin: El pasodirecto de la fase slida a la de vapor.

A presiones bajas(inferiores al valor del punto triple), los slidos se evaporan sin fundirseprimero (sublimacin)

Diagrama P-T de una sustancia pura.

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Superficie P-v-T de unasustancia que se contrae al congelarse.

Superficie P-v-T de una sustanciaque se expande al congelarse(como el agua).

Las superficies P-v-T presentan de inmediato una gran cantidad de informacin, pero en un anlisis termodinmico es ms conveniente trabajarcon diagramas bidimensionales, como diagramas P-v y T-v.

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Para la mayor parte de las sustancias, las relaciones entre propiedadestermodinmicas son demasiado complejas para representarse por medio de ecuaciones simples.

Por lo tanto, las propiedades suelen representarse en forma de tablas. Algunas propiedades termodinmicas se miden con facilidad, pero otras no y deben

calcularse a travs de las relaciones que involucren propiedades medibles. Las mediciones de estas mediciones y clculos se presentan en tablas con un

formato conveniente.

Entalpa: Una propiedad de combinacin.

La combinacinu + Pv sueleencontrarseen el anlisisde volmenesde control.

El producto de presin volumen tiene unidades de energa.

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Table A4: propiedades se enumeran a partir de la temperatura. Table A5: Las propiedades se enumeran a partir de la presin.

Lista parcial de la tabla A4.

Entalpa de evaporacin, hfg (calorlatente de evaporacin): La energanecesaria para vaporizar una unidadde masa de lquido saturado a unapresin o temperatura determinada.

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lquido saturado y vapor saturadode agua en los diagramas T-v y P-v.

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Calidad, x : La razn entre la masa de vapor y la masa total de la mezcla. Calidad, x: valor entre 0 y 1 0: lquido saturado, 1: vapor saturadoLas propiedades de lquido saturado son las mismas ya sea que este existasolo o en una mezcla con vapor saturado.

Las cantidadesrelativas de las faseslquida y de vapor en unamezclasaturada se especificanmediante la calidad x.

Por convencin , una mezclade dos fases se puede tratarcomo una mezcla homognea.

La temperatura y la presinson propiedadesdependientes para unamezcla .

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La calidad se relaciona con lasdistanciashorizontales en diagramas P-v y T-v.

El valor v de un vapor hmedo se

encuentra entre los valores vf y vg

especificadas T o P.

y v, u, o h.

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esquemas y diagramas T-v y P-v que indican la mezclalquido-vapor.

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En la regin a la derecha de la lnea de vapor saturado y a temperaturas superiores a la de saturacin, una sustancia existecomo vapor sobrecalentado. En esta regin la presin y la temperatura son independientes

Una listaparcial de la tabla A6.

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A una P especificada el vapor sobrecalentadoexiste a una h mayor respecto del vapor saturado.

En comparacin con el vapor saturado el vapor sobrecalentadose caracteriza por:

Temperaturas superiores (T>Tsat a una P dada). Presiones menores (P vg a una P o T dada). Energas internas superiores (u > ug a una P o T dada). Entalpas superiores (h > hg a una P o T dada).

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y v, u, or h

Es posible reducir considerablemente el error al evaluar h a partir de:

Un lquido comprimido se puedeaproximar como un lquido saturado a la temperatura dada.

Las propiedades de lquido comprimido tienen mayor dependencia de la temperatura que de la presin.

Dadas: P y T

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Dada una P y T, una

sustancia purapuede existircomo lquido

comprimido si:

Temperaturas inferiores (T Psat a una T dada). Volmenes especficos inferiores (v < vf a una P o T dada). Energas internas inferiores (u < uf a una P o T dada). Entalpas inferiores (h < hf a una P o T dada).

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Sustancia pura Fases de una sustancia pura. Cambio de fase de una sustancia pura

Lquido comprimido, Lquido saturado, Vapor saturado, Vapor sobrecalentado.

Temperatura de saturacin y presin de saturacin Diagramas de las propiedades para procesos de cambio de fase.

Diagrama T-v , Diagrama P-v , diagrama P-T, Superficie P-v-T . Tablas de las propiedades

Entalpa Lquido saturado, Vapor saturado, mezcla saturada lquido-vapor, Vapor

sobrecalentado, Lquido comprimido. Estados de referencia y Valores de referencia.