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• David Quevedo

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Unidad SUSTANCIA PURA Lenin Orozco ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA ESPOCH

 INTRODUCCION

Una sustancia que tiene una composición química fija en cualquier parte se llama sustancia pura. Puede estar compuesta de un solo elemento (nitrógeno, helio, etc), o puede ser una mezcla (dióxido de carbono, aire.) Una mezcla de dos o más fases de una sustancia pura se sigue considerando una sustancia pura siempre que la composición química de las fases sea la misma

 PROCESOS DE CAMBIO DE FASE EN SUSTANCIAS PURAS

Hay muchas situaciones prácticas donde dos fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. Ejemplos son: el agua existe como una mezcla de líquido y vapor en la caldera y en el condensador de una termoeléctrica, y el refrigerante pasa de líquido a vapor en el congelador de un refrigerador.

 PROCESOS DE CAMBIO DE FASE EN SUSTANCIAS PURAS

 Vapor saturado y vapor sobrecalentado

líquido comprimido o líquido subenfriado, lo cual significa que no está a punto de evaporarse

Un líquido que está a punto de evaporarse se llama líquido saturado

 Vapor saturado y vapor sobrecalentado Durante un proceso de ebullición, el único cambio observable es un gran aumento en el volumen y una disminución constante en el nivel del líquido como resultado de una mayor cantidad de éste convertido en vapor. Un vapor que está a punto de condensarse se llama vapor saturado

Un vapor que no está a punto de condensarse (es decir, no es vapor saturado) se denomina vapor sobrecalentado

 Diagrama T-v para el proceso de calentamiento del agua a

presión constante.

VAPOR HUMEDO= LIQUIDO SATURADO + VAPOR SATURADO

 Temperatura de saturación y presión de saturación Decir “el agua hierve a 100 °C” es incorrecto. El enunciado correcto es “el agua hierve a 100 °C a 1 atm de presión”. Si la presión dentro del cilindro se elevara a 500 kPa añadiendo pesas en la parte superior del émbolo, el agua empezaría a hervir a 151.8 °C. A una determinada presión, la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase se llama temperatura de saturación, 𝑻𝑻𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔 Del mismo modo, a una temperatura determinada, la presión a la que una sustancia pura cambia de fase se llama presión de saturación, 𝑷𝑷𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔

 Temperatura de saturación y presión de saturación

 Calor sensible y calor latente

A 1 atm de presión

 Consecuencias de la presión de

saturación y la temperatura de saturación.

 Refrigeración por vacío

 DIAGRAMAS

DE CAMBIO DE FASE

PROPIEDADES Diagrama T-v

PARA

PROCESOS

DE

 DIAGRAMAS

DE CAMBIO DE FASE

PROPIEDADES Diagrama P-v

PARA

PROCESOS

DE

 Estados de líquido saturado y de vapor saturado Para la mayor parte de las sustancias, las relaciones entre propiedades termodinámicas son demasiado complejas para expresarse por medio de ecuaciones simples; por lo tanto, las propiedades suelen presentarse en forma de tablas. Se hace necesario el uso de TABLAS DE VAPOR. CENGEL TABLA A4 Y A5

 Ejemplos: Un recipiente rígido contiene 50 kg de agua líquida saturada a 90 °C. Determine la presión en el recipiente y el volumen del mismo.

Un dispositivo que consta de cilindroémbolo contiene 2 pies³ de vapor de agua saturado a 50 psia de presión. Determine la temperatura y la masa del vapor dentro del cilindro.

 Ejemplos:

Una masa de 200 g de agua líquida saturada se evapora por completo a una presión constante de 100 kPa. Determine a) el cambio de volumen y b) la cantidad de energía transferida al agua.

 Mezcla saturada de líquido-vapor Durante un proceso de evaporación, una sustancia existe como una parte líquida y otra de vapor, es decir, es una mezcla de líquido saturado y vapor saturado. Para analizar esta mezcla (vapor húmedo) de manera apropiada, es necesario conocer en qué proporciones se hallan dentro de la mezcla las fases líquida y de vapor. Esto se consigue definiendo una nueva propiedad llamada la calidad o título x como la razón entre la masa de vapor y la masa total de la mezcla:

 Mezcla saturada de líquido-vapor Un recipiente contiene un vapor húmedo. El volumen ocupado por el líquido saturado es Vf, mientras que el volumen del vapor saturado es Vg. El volumen total V es la suma de los dos:

 Mezcla saturada de líquido-vapor

Es posible repetir el análisis anterior para la energía interna y la entalpía, con los siguientes resultados:

 Ejemplos: Un recipiente rígido contiene 10 kg de agua a 90 °C. Si 8 kg del agua están en forma líquida y el resto como vapor, determine a) la presión en el recipiente y b) el volumen del recipiente.

Un recipiente de 80 L contiene 4 kg de refrigerante 134a a una presión de 160 kPa. Determine a) la temperatura, b) la calidad, c) la entalpía del refrigerante y d) el volumen que ocupa la fase de vapor.

 Vapor sobrecalentado y Líquido comprimido

 Vapor sobrecalentado y Líquido comprimido Determine la energía interna del agua a 20 psia y 400 °F. Determine la temperatura del agua en un estado donde P 0.5 MPa y h=2.890 kJ/kg. Determine la energía interna del agua líquida comprimida a 80 °C y 5 MPa, con a) datos de la tabla para líquido comprimido y b) datos para líquido saturado. ¿Cuál es el error en el segundo caso?

 Vapor sobrecalentado y Líquido comprimido  Resumen