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termodinamica
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7/17/2019 unidad 2
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anuunidad 2: Propiedades de las sustancias puras
Propiedades de las sustancias puras.
Una sustancia pura que tiene una composición quí mica fija en cualquier parte se le llama
sustancia pura, el agua, nitrógeno y el hielo son sustancias puras.
Una sustancia pura no debe de estar conformada por un solo elemento o compuesto
quí mico.
Fases de una sustancia pura.
Son 3 principales (solido, liquido, gaseoso), una sustancia puede tener varias fases dentro
de la principal, coda una con distinta estructura molecular.
Por experiencia se sabe que las sustancias existen en fases diferentes, a temperatura y
presión ambiente, el cobre es un solido a temperatura ambiente, el mercurio es un liquido a
igual temperatura y en nitrógeno un gas, pero en conclusiones distintas todos podr í an
encontrarse en diferentes fases.
. Liquido comprimido.
El agua existe en fase liquida y se le denomina “liquido comprimido”, lo cual significa que
no esta apunto de evaporarse.
Liquido saturado.
Un liquido que esta apunto de evaporarse se llama “liquido saturado” .tenemos que tomar
en cuenta que aun no existe una porción de vapor ya que en esta fase es cuando esta a punto
de comenzar a crearse vapor.
Vapor húmedo.
Cuando nos referimos a vapor húmedo es en el momeno en que consideramos cierto
porcentaje de vapor en una mezcla (liquido-vapor) y suele denotarse con una X la cual se
conoce como calidad.
Vapor saturado.
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Es un vapor que esta en el punto en que se va a condensar. Esta fase hace que la sustancia
este completa como vapor y es necesario retirar calor.
vapor sobre calentado. Liquido comprimido
P<Psat a una T dada P>Psat a una T dada
T>Tsat a una P dada T<Tsat a una P dada
v>vg a una P o T dada v<vf a una P o T dada
u>ug a una P o T dada u>uf a una P o T dada
h>hg a una P o T dada h>hf a una P o T dada
diagrama T-V para el proceso de calentamiento del agua a presión constante.
En las sustancias puras, se determinan las propiedades con ciertas ecuaciones pero estas son
complejas y además consumen mucho tiempo, para resolver de una manera más f ácil y
ahorrarnos más tiempo se usan las tablas donde encuentras: temperatura, presión, volumen
especí fico, energ
í a interna y entalpia.2 sustancias puras son: el agua y el refrigerante 134a (R-134a)
Estado de lí quido saturado y vapor saturado.
Cantidad de energí a que se requiere para evaporar una masa unitaria de lí quido saturado a
una temperatura o presión determinada.
T=100ºc Patm=101.42kpa
hfg=2256.4 KJ/ Kg
1.-Un recipiente rí gido contiene 50 kg de agua liquida saturada a 90ºc. Determine la
presión en el recipiente y el volumen del mismo.
De la tabla (A-4) donde:
P=Psat@90ºC= 70.184 kpa
El volumen especí fico del lí quido saturado a 90ºc es:
v=vf@90ºC= .001036 m3 /kg (tabla a-4)
Entonces el volumen total del recipiente es:
V=mv=50kg (.001036 m3 /kg)= .0518 m3
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2.-Una masa de 200gr de agua liquida se evapora por completo a una presión constante de
100 kpa. Determine: a) cambio de volumen, b) la cantidad de energí a transferida al agua.
De la tabla A-5
a) v f@100 kpa=.001043 m3 /kg
vg@100 kpa=1.6141 ∆T=m (vg - v f ) = .2kg (1.6141-.001043 )m3 /kg =.3386m3
b) la cantidad de energí a=m hfg
hfg@100 kpa= 2257.7 KJ/KG
.2kg (2257.7 KJ/KG)= 451.5 KJ
3.-1 kg de R-134ª llena un espacio de cilindro embolo con carga constante y volumen
0.14m3 a la temperatura de -26.4. Determine el volumen final.
siendo la presión constante: [email protected]ºc= 100 kpa
siendo el estado final vapor brecalentado, de la tabla A-13
volumen especifico inicial: v1= V 1 /m= .14m3 /1kg= .14m3 /kg
de la tabla A-12
Siendo la presión constante: [email protected]ºc= 100 kpa
Siendo el estado final vapor sobrecalentado, de la tabla A-13
p2=100 kpa por lo tanto: v2=.30138 m3 /kg
T2=100 ºc
El volumen final es: V2=m v2=1kg(.30138)m3
/kg= .30138 m3
4.-Un dispositivo de cilindro embolo contiene inicialmente 1.4kg de agua liquida saturada a
200ºc. Entonces se transmite calor de agua, hasta que se cuadriplica el volumen y el vapor
solo contiene vapor saturado. Determine:
a) el volumen del tanque
b) la temperatura y presión
finalc) el cambio de energí a interna del agua.
Datos: m1= 1.4kg, fase inicial=liquido saturado, T1=200ºc
T1= 200ºc
vf =.001157 m3 /kg vg= 850.46 KJ/Kg
a) Vinicial=volumen del tanque=mvf =1.4kg(..001157 m3 /kg )=.0016198 m3
Como se cuadriplica: 4(0016198 m3)=.0064792 m3
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b) Vfinal= Vtaque /m= .0064792 m3 /1.4kg= .004628 m3 /kg
T2=317.3 p2=21,367 kpa v2= 2201.5 KJ/Kg
c) ∆v=m(v2 – v1)= 1.4kg(2201.5 - 850.46) KJ/Kg= 1891.456 KJ
5.-Determine la temperatura del agua en un estado de presión 0.5 Mpa y entalpia h=2890
Sustancia pura H2O ¿fase? P=.5 mpa h=2890 KJ/Kg T=?
De la tabla A-5
[email protected]= 640.09 [email protected]=2748.1 KJ/Kg h>hg= vapor sobrecalentado
De la tabla A-6 en p= .5mpa, se hace una interpolación.
T(ºc) h(kJ/kg)
200 2855.8
X 2890
250 2961
T={(250-200)/(2961-2855.8)} (2890- 2855.8)+200
T=216 ºc
6.-Determine el volumen especifico del R-134ª en un estado de T=60ºF y presión=120 psia.
¿Fase?
T=60ºF
P=120psia
v=?
De la tabla A-11E
Psat@60ºF=72.152psia p>psat = liquido comprimido
Tabla A-12E
Tsat@120psia=40.49 ºF T<Tsat= liquido comprimido
Aproximación a lí quido saturado. Tabla A-11E
v v≡ f60ºF=.01290 ft3 / lbm
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7.-Determine el volumen especifico del R-134ª en 1 mpa y 50 ºc con: a) la ecuación del gas
ideal b) carta de compresibilidad generalizada.
a) Pv=RT ; v=RT/P= .08149 kpa.m3 /kg.k(327.15k)/ 1000 kpa
v= .02633m3 /kg
Para saber el error se utiliza la tabla A-13v=.021796 m3 /kg
% de error= .02633-.021796/.021796= 28.8%
b) v=zvideal
TR=TCR /T=323.15K/374.4K=.864
PR=PCR /P=1MPA/4.059MPA=.246 z=.85
v=.85(.02633m3 /kg)= .02238m3 /kg
% de error= .02238 - .021796/.021796=2.67
