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PROPIEDADES DE UNA SUSTANCIA PURA Ing. Petroquímico. Daniel Alejandro Bustamante Fuentes

TERMODINÁMICA • La Termodinámica se define con el vocablo thermos que viene a definirse como “caliente”, el sustantivo dinamos que es equivalente a “fuerza” o a “poder”, y el sufijo –ico que puede determinarse que significa “relativo a” • La Termodinámica es una rama de la física que estudia el comportamiento y la transformación de los distintos tipos de energía en movimiento • Estudia los niveles de energía y la transferencia de energía entre sistemas y entre diferentes estados de la materia.

SISTEMA Cualquier parte del universo que se desea estudiar. Los cambios que ocurren en el sistema pueden o no involucrar interacción con el entorno.

La posición exacta de las fronteras del sistema se fija de acuerdo al problema que se desea estudiar.

TIPOS DE SISTEMA

EQUILIBRIO Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando no se observa ningún cambio en sus propiedades termodinámicas a lo largo del tiempo. Este estado tiene dos atributos: 1. En un sistema en equilibrio ninguna de sus propiedades cambian con el tiempo.

2. Un sistema en equilibrio retornará a ese estado después de haber sido perturbado, esto es, al cambiar ligeramente uno o más parámetros y regresarlos nuevamente a sus valores originales.

PROPIEDADES Una propiedad es cualquier cantidad que tiene un valor fijo e invariable en un sistema en equilibrio. • PROPIEDADES INTENSIVAS:

• PROPIEDADES EXTENSIVAS:

Son aquellas independientes de la masa de un sistema. No son aditivas. P. ej., concentración, temperatura, presión. Incluye propiedades molares, como el volumen molar.

Son aquellas cuyos valores dependen del tamaño o extensión del sistema. Estas propiedades son aditivas; el valor del todo es igual a la suma de las partes. P. ej. volumen, masa, energía.

ESTADO El conjunto de propiedades que describe por completo la condición del sistema. El estado de un sistema compresible simple se especifica por completo mediante dos propiedades intensivas independientes.

PROCESO Son aquellos que afectan a un sistema termodinámico al cambiar de un estado a otro. Un proceso isocórico (o isométrico) es aquel donde el volumen específico v permanece constante.

Un proceso isobárico es en el que la presión P se mantiene constante

Un proceso isotérmico es aquel durante el cual la temperatura T permanece constante

SUSTANCIA PURA Una sustancia que tiene una composición química fija en cualquier parte se llama sustancia pura. El agua, el nitrógeno, el helio y el dióxido de carbono, por ejemplo, son sustancias puras.

FASE Cuerpo homogéneo de materia (sólido, líquido o gas) con fronteras definidas hacia otras fases, y que puede ser separado mecánicamente de las otras fases. Un sistema puede estar compuesto por una fase (sistema homogéneo) o por dos o más fases (sistema heterogéneo).

FASES DE UNA SUSTANCIA PURA

CAMBIOS DE FASE EN UNA SUSTANCIA PURA

Líq. Comprimido o Subenfriado

Líq. Saturado

Mezcla Saturada Líquido – Vapor

Vapor Saturado

Vapor Sobrecalentado

Diagrama T-v

Punto crítico y se define como el punto en el que los estados de líquido saturado y de vapor saturado son idénticos.

A una determinada presión, una sustancia cambia de fase a una temperatura fija, llamada temperatura de saturación.

Diagrama T-v

A una temperatura especificada, la presión a la cual una sustancia cambia de fase se llama presión de saturación.

Diagrama P-v

Diagrama P-T

REGLAS PARA DEFINIR CADA RÉGIMEN TERMODINÁMICO • Líquido Comprimido: P > Psat a una T dada T < Tsat a una P dada ν < νf a una P o T dada u < uf a una P o T dada h < hf a una P o T dada s < sf a una P o T dada

• Líquido Saturado: ν = νf a una P o T dada u = uf a una P o T dada h = hf a una P o T dada s = sf a una P o T dada

• Mezcla Saturada Líquido – Vapor: νg < ν < νf a una P o T dada ug < u < uf a una P o T dada hg < h < hf a una P o T dada sg < s < sf a una P o T dada • Calidad (X): calidad del vapor​ es la fracción másica de vapor en una mezcla líquido-vapor y suele denotarse con la letra: El valor de varía desde 0 hasta 1.

•𝑥=

𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

• νprom= νf + x νfg • uprom= uf + x ufg • hprom= hf + x hfg • sprom= sf + x sfg

• Vapor Saturado: ν = νg a una P o T dada u = ug a una P o T dada h = hg a una P o T dada s = sg a una P o T dada

• Vapor Sobrecalentado: P < Psat a una T dada T > Tsat a una P dada ν > νg a una P o T dada u > ug a una P o T dada h > hg a una P o T dada s > sg a una P o T dada

INTERPOLACIÓN • Se denomina interpolación a la obtención de nuevos puntos partiendo del conocimiento de un conjunto discreto de puntos • Uno de los métodos de interpolación más sencillos la interpolación lineal donde se utilizan dos puntos, (x1,y1) y (x2,y2), para obtener un tercer punto interpolado (x,y) a partir de la siguiente fórmula: (𝑦 − 𝑦1 ) (𝑥 − 𝑥1 ) = (𝑦2 − 𝑦1 ) (𝑥2 − 𝑥1 )

TABLAS DE VAPOR •COMPLETAR Y GRAFICAR EN P-V O T-V SEGÚN SEA EL CASO LA TABLA DEL R-134ª (TETRAFLUOROETANO)

T °F

P psia

V, ft3/lbm

U, Btu/lbm

45,781

190 144,848

260 1,8429 400

14,432

0.15132

-30 -5

H, Btu/lbm

90,519 1.5428

X

Descripción de la Fase

Interpolación • Para Hallar (TºC) • X1=0.14844 Y1=260 • X=0.15132 Y=? • X2=0.15756 Y2=280 • Para Hallar (U Btu/Lbm) • X1=0.14844 Y1=137.26 • X=0.15132 Y=? • X2=0.15756 Y2=142.48

• Para Hallar (H Btu/Lbm) • X1=0.14844 Y1=148.25 • X=0.15132 Y=? • X2=0.15756 Y2=154.14

TABLAS DE VAPOR •COMPLETAR Y GRAFICAR EN P-V O T-V SEGÚN SEA EL CASO LA TABLA DEL R-134ª (TETRAFLUOROETANO)

T °F

P psia

V, ft3/lbm

U, Btu/lbm

H, Btu/lbm

X

Descripción de la Fase

X

190

No se puede

Resolver

45,781

No Hay

Líquido Comprimido

144,848

260

Faltan

Datos

Para

Definir

El Estado

Definir

El Estado

14,432

Faltan

Datos

1,8429

Para

266.315

400

0.15132

138.908

150.11

No Hay

Vapor Sobrecalentado

-30

9.869

4.4300

90,519

98.61

1

Vapor Saturado

-5

18.806

0.01178

10.609

10.650

0.0

Líquido Saturado