Tema 02 Sustancia Pura

TEMA # 2 : SUSTANCIA PURA

Departamento de Energía, Escuela de Mecánica

UNIVERSIDAD DEL ZULIA 2-2009

Profesor Marcel Rodríguez

EIM -LUZ / 2009

Unidad deTermoFluidoDinámica Departamento de Energía

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CONTENIDO

Sustancia pura Fases de una sustancia Pura Diagramas de Propiedades Tablas de Propiedades Gases Ideales

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SUSTANCIA PURA

Sistema simple compresible: sistema que carece de efectos magnéticos, eléctricos, gravitacionales, de movimiento y tensión superficial. Sustancia Pura Para un sistema simple compresible una sustancia pura es aquella que cumple con lo siguiente - Homogéneo en composición química: la presencia relativa de los elementos que conforman la sustancia es la misma en cada parte de ella. - Homogéneo en agregación química: la forma en que están combinados los elementos es la misma en cada parte. - Invariable en agregación química: la forma en que están combinados los elementos no cambia en el tiempo.

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SUSTANCIA PURA

Fases de una sustancia pura Porciones homogéneas, aunque distintas entre sí, de una misma sustancia pura; pueden ser sólido, líquido o vapor. Un gas es realmente un vapor alejado de un posible cambio de fase a líquido. Las fases líquido y vapor son fluidos.

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SUSTANCIA PURA

Diagrama de Propiedades Representación gráfica, a través de dos o tres propiedades, de los estados posibles de una sustancia pura y de procesos entre dichos estados.

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SUSTANCIA PURA

Postulado de estado: “El estado de un sistema simple compresible queda fijado en términos de dos propiedades intensivas independientes”

Estados Importantes Sólido Saturado (i) : S a punto de fusión. Punto Triple (t)

: S, L & V en equilibrio (273.16 K y 0.006 atm para H2O).

Líquido Saturado ( f ) : L a punto de vaporización. Vapor Saturado (g) : V a punto de condensación. Punto Crítico (c)

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: L ≡ V, i. e. fase fluida (647.3 K y 220.9 bares para H2O). Unidad deTermoFluidoDinámica Departamento de Energía

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SUSTANCIA PURA

Diagrama de Fases (P - T)

*P < Pt : S ↔ V posible *Pt < P < Pc : S ↔ L & L ↔ V posibles

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SUSTANCIA PURA

Comportamiento Anómalo del Agua

Inversión de la densidad: durante un proceso de enfriamiento a P constante, ocurre una expansión a partir de un valor de temperatura cercano, pero mayor, al de congelación.

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SUSTANCIA PURA

Diagrama T - v

*P > Pc : no hay cambio de fase L↔V *Cambio de fase L ↔ V → T = Tsat y P = Psat = Pvapor *P > Psat, T → líquido comprimido (LC ≡ L) *T < Tsat,P → líquido sub-enfriado (LSE ≡ L) *LC ≡ LSE *T > Tsat,P ó P< Psat,T → vapor sobrecalentado (VSC ≡ V)

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SUSTANCIA PURA

Diagrama T - v

Las propiedades específicas Φ de líquido comprimido o subenfriado dependen levemente de P → las isóbaras están muy cercanas entre sí y a la línea de líquido saturado → ΦT,P ≈ Φsat,T = Φf,T

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SUSTANCIA PURA

Diagrama P - v

La isobara crítica toca el “domo” en el punto crítico. Un gas es un vapor altamente sobrecalentado.

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SUSTANCIA PURA

Tablas de Propiedades Representación numérica de las propiedades más comunes de una gran cantidad de estados posibles de una sustancia pura (agua, refrigerantes, nitrógeno, amoníaco, potasio, etc.) Agua Saturada (Tablas de Temperatura y Presión) u : energía interna específica h : entalpía específica = u + Pv Φfg : Φg – Φf hfg : entalpía de vaporización s : entropía específica

T

Psat

vf

vg

uf

ug

hf

hfg

hg

sf

sg

P

Tsat

vf

vg

uf

ug

hf

hfg

hg

sf

sg

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SUSTANCIA PURA

Vapor de Agua Sobrecalentado

También se tabula entropía

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SUSTANCIA PURA

Interpolación

B

y

x

y

xA

yA

x

y

xB

yB

y = yA + [(yB – yA)/(xB – xA)]•[x – xA] A x

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SUSTANCIA PURA

Calidad (x) Para una mezcla L + V : x = (masa de vapor)/(masa total) = mV/m, donde 0 ≤ x ≤ 1 L≡f&V≡g

V

Propiedades específicas de una mezcla L Φ = (1-x)Φf + xΦg, i.e. x = (Φ – Φf)/Φfg mezcla L + V Humedad Hum = 1- x

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PROBLEMAS

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PROBLEMAS

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GAS IDEAL

Gas Ideal Modelo aplicado a gases que cumplen la ecuación de estado P: presión absoluta [MPa, bar, psia, atm]. T: temperatura absoluta [K ó R]. v: volúmen específico [m³/kg, pie³/lbm].

Pv

= RT

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Otras formas: PV= NRuT PV= mRT,

Pv RT

ρ → 0 → gas ideal

Donde N: num, moles = m/M Masa molar: [kg/kmol, lbm/lbmol] R : constante del gas = Ru / M, Ru: cte universal de los gases = 8.31447 kJ / (kmol.K) = 1.986 Btu /(lbmol.R) EIM -LUZ / 2007 - IP

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T1 T T3 Pr=P/Pc

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GAS IDEAL

Factor de Compresibilidad: Z = Pv / RT = v / videal

Error % = [(v – videal) / v] x 100%

Vapor de agua como gas ideal EIM -LUZ / 2007 - IP

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PROBLEMAS

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