Sustancias puras
- 1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA ANTONIO JOSE DE SUCRE EXTENSION: GUARENAS ESCUELA: MECANICA Sustancia Pura Autor: Carlos Díaz Guarenas, 23octubre de 2015
- 2. Definición de Sustancia Pura Es toda sustancia que tiene su composición química homogénea e invariante Ejemplo: el agua, el nitrógeno, el oxígeno, el amoníaco y muchos mas. La sustancia pura puede presentarse en distintas fases: sólido, líquido y gaseosa. Dependiendo de los valores de presión y temperatura una sustancia puede estar como sólido, líquido o vapor o presentarse en dos o tres fases a la vez. TEMPERATURA DE SATURACIÓN Y PRESIÓN DE SATURACIÓN La temperatura y presión de saturación son aquellas en donde ocurre la ebullición de una sustancia pura. Para una presión de saturación existe un único valor de temperatura de saturación y viceversa. Para el agua, a una presión de 101.35 kPa la temperatura de saturación es 100ºC. En sentido inverso, a una temperatura de 100ºC la presión de saturación es 101.35 kPa. La gráfica de Psat contra Tsat da una curva característica para cada sustancia pura y se conoce como curva de saturación de líquido-vapor. Figura 1.27.
- 3. DIAGRAMAS DE ESTADO Y DIAGRAMA DE FASE Los diagramas de estado permiten representar los distintos cambios de estado que experimentan las sustancias. Estos son los diagramas P-v y T-v. El diagrama de fase únicamente representa las tres fases para cualquier sustancia. Este es el diagrama P-T. Diagrama T-v El diagrama T-v se obtiene de la proyección de la superficie PvT (Figura 1.28) en el plano T-v. La proyección resultante sobre un plano paralelo a los ejes T-v se muestra en la Figura 1.29. En este diagrama tanto las regiones de una y dos fases aparecen como áreas.
- 4. Los estados de líquido saturado en la Figura 1.29 pueden conectarse mediante una línea, línea de líquido saturado, y los estados de vapor saturado en la misma figura pueden conectarse mediante la línea de vapor saturado. Estas dos líneas se alcanzan en el punto crítico, formado un domo como muestra la Figura 1.29. El punto crítico se define como el punto al cual los estados de líquido saturado y de vapor saturado son idénticos. La temperatura, la presión y el volumen específico de una sustancia en el punto crítico se denominan, temperatura crítica Tcr , presión crítica Pcr y volumen específico crítico vcr. Las propiedades del punto crítico del agua son Pcr=22.09 Mpa, Tcr=374.14 ºC y vcr=0.003155 m3/kg. Diagrama P-v El diagrama P-v se obtiene de la proyección de la superficie P-v-T (Figura 1.28) en el plano P-v (Figura 1.30). La forma general del diagrama P-v de una sustancia pura es similar al diagrama T-v, pero las líneas de T=constante sobre este diagrama presentan una tendencia hacia abajo, como muestra la Figura 1.30. Tanto en el diagrama T-v como en el diagrama P-v las regiones de una y dos fases aparecen como áreas. La línea de líquido saturado representa los estados de la sustancia tales que cualquier adición infinitesimal de energía a la sustancia a presión constante cambiará una pequeña fracción de líquido en vapor.
- 5. Propiedades independientes de una sustancia? Una razón importante para introducir el concepto de una sustancia pura es que el estado de una sustancia pura, comprensible, simple (es decir una sustancia pura en ausencia de movimiento, gravedad y efectos de superficie, magnéticos o eléctricos) se define por dos propiedades independientes. Por ejemplo, si se especifican la temperatura y el volumen especifico del vapor sobrecalentado, se determina el estado del vapor. Para comprender la importancia del término propiedad independiente, considérese los estados de líquido saturado y vapor saturado de una sustancia pura. Estos dos estados tienen la misma presión y la misma temperatura, pero definitivamente no son el mismo estado. Por lo tanto, en un estado de saturación, la presión y la temperatura no son propiedades independientes. Para especificar el estado de saturación de una sustancia pura se requieren dos propiedades independientes como la presión y el volumen específico, o la presión y la calidad. Para una masa de control difásica, la calidad varía desde 0, cuando la masa de control está compuesta únicamente de líquido saturado, hasta 1, cuando está constituida únicamente por vapor saturado. Con frecuencia, la calidad también se expresa como un porcentaje. Obsérvese que la calidad sólo está definida para la mezcla difásica constituida por líquido y vapor. El volumen del sistema a lo largo de la línea difásica es: V= Vliq+ Vvap Si consideramos una masa m que tiene una calidad x. La expresión anterior definirá el volumen o sea la suma del volumen del líquido y el volumen del vapor. En términos de la masa, la ecuación anterior se puede escribir en la forma mv = m liq v liq + m vap v vap Ya se había definido v f, para referirnos al volumen especifico del liquido saturado y v g , para el volumen especifico del vapor.
- 6. Superficies termodinámicas Mediante lo leído, puedo decir que las superficies termodinámicas están formadas por presión (p), volumen (v) y temperatura (T), que sería en resumenP-v-T. Estas superficies son las que ayudan y permiten identificar los diferentes tipos de estados y como estos pasan de un estado a otro, mas que todo, los resultados se puedenrepresentar en coordenadas rectangulares y es a esto lo que se llama superficie P-v-T. Estas superficies, presión (p), volumen (v) y temperatura (T) sirven para calcular losvalores que pertenecen a una sustancia de trabajo cuando se encuentra en cualquier estado de la superficie. Si una superficie tiene mayor temperatura que la temperatura crítica, noserá capaz de condensar a la fase líquida, independientemente de cuan alta sea la presión que se ejerce sobre ella. Cuando la presión es mayor que la presión crítica, el estado seconoce como estado supercrítico. Se dice que es mejor trabajar con diagramas bidimensionales, ya que estos diagramas pueden verse como proyecciones de una superficie tridimensional.La gráfica se puede observar en tres dimensiones, en donde se muestran como propiedades la presión (p), volumen (v) y temperatura (T), mostrándose así los estad