PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS Sustancia pura. Fases de una sustancia impura. Procesos de cambios de fase de sustancias puras. Diagramas de propiedades para procesos de cambios de fase. La superficie PVT. Cinética de los gases. La ecuación de estado del gas ideal. Factor de compresibilidad. Otras ecuaciones de Estado.

Sustancia pura   Sustancia que tiene una composición química fija. Agua, nitrógeno, helio, dióxido de carbono. Mezcla de diferentes elementos o compuestos químicos. Homogénea. Aire Agua – Aceite Agua – Hielo Aire líquido – Aire gaseoso    

Fases de una sustancia pura Se llama fase a cada una de las partes macroscópicas de composición química y propiedades físicas homogéneas que forman un sistema. Una fase se identifica con un arreglo molecular distinto, homogéneo y separado de las demás fases por superficies frontera fáciles de identificar.

Procesos de cambio de fase de sustancias puras ESTADO 1 Líquido comprimido Agua P = 1 atm T = 20 °C ESTADO 2 Líquido saturado Agua P = 1 atm T = 100 °C ESTADO 3 Vapor saturado Vapor a punto de condensarse. Mezcla saturada de líquido – vapor, las fases líquido y vapor coexisten en equilibrio. ESTADO 4 Vapor sobrecalentado Vapor que no está a punto de condensarse.

Diagrama T – V para el proceso de calentamiento de agua a presión constante Q -200C 00C 1000C hielo sólo agua hielo y agua vapor y agua vapor

¿A qué temperatura hierve el agua? ¿A qué presión? P = 1 atm T = 100 ° C P = 500 KPa T = 151.9 ° C ¿De qué depende la temperatura de ebullición? PRESIÓN Temperatura de saturación TSat Temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase Presión de saturación PSat Presión a la que una sustancia pura cambia de fase. P = 101.325 KPa T = 100 ° C

Temperatura y Presión de saturación T, ° C Presión P, KPa -10 0.26 -5 0.40 0.61 5 0.87 10 1.23 15 1.71 20 2.34 25 3.17 30 4.25 40 7.38 50 12.35 100 101.3 150 475.8 200 1554 250 3973 300 8581 Por ejemplo, la presión del agua al cambiar de fase (hirviendo o condensándose) a 25 ° C es de 3.17 KPa. El agua puede congelarse haciendo caer su presión por debajo de 0.61 KPa.

Calor latente: Cantidad de energía absorbida o generada durante el proceso de cambio de fase. La magnitud del calor latente depende de la temperatura o presión a la que el cambio de fase sucede. Agua P = 1 atm Calor latente de fusión: 333.7 KJ/Kg Calor latente de vaporización: 2257.1 KJ/Kg

Curva de saturación de líquido - vapor La temperatura y la presión son propiedades dependientes durante el cambio de fase. Tsat = f(Psat)

Presión atmosférica (KPa) Temperatura de ebullición (° C) Una sustancia a presión alta hervirá a una temperatura más alta. La presión atmosférica y la presión disminuyen con la altura. 1000 m 3° C Elevación (m) Presión atmosférica (KPa) Temperatura de ebullición (° C) 101.33 100.0 1000 89.55 96.3 2000 79.50 93.2 5000 54.05 83.0 10000 26.50 66.2 20000 5.53 34.5 t = 20 minutos, P = 3 atm, T = 134 ° C

Calor latente de vaporización: 217 KJ/Kg Un líquido no se evapora a menos que absorba energía en una cantidad igual al calor latente de vaporización. Refrigerante 134 a Calor latente de vaporización: 217 KJ/Kg La tasa de vaporización depende de la velocidad de transferencia de calor hacia la lata. T = 25 ° C P = 1 atm TSat = - 26 ° C P = 1 atm

Enfriamiento a vacío. Reducción de la presión de la cámara de enfriamiento sellada a la presión de saturación hasta una temperatura baja. P sat = 0.61 KPa si T = 0 °C Lechuga y espinaca Gran área superficial Tendencia a liberar humedad.

Diagrama T – V de procesos de cambio de fase a presión constante de una sustancia pura a diferentes presiones.

Diagrama P – V de una sustancia que se contrae al congelarse.

Diagrama P – V de una sustancia que se expande al congelarse.

A la presión y temperatura del punto triple, una sustancia existe en tres fases en equilibrio.

Superficie P – V – T de una sustancia que se contrae al congelarse

Superficie P – V – T de una sustancia que se expande al congelarse

Temperatura del líquido saturado en un cilindro. Un tanque rígido contiene 50 Kg de agua líquida saturada a 90 °C. Determine la presión en el recipiente y el volumen del mismo. P = 70.183 KPa V = 0.001036 m3/Kg

Temperatura del vapor saturado en un cilindro. Un dispositivo consta de cilindro – émbolo contiene 2 ft3 de vapor de agua saturada a 50 psia de presión. Determine la temperatura y la masa de vapor dentro del cilindro. T = 280.99 °F m = 0.235 lb

Cambio de volumen y energía durante la evaporación. Una masa de 200 gramos de líquida saturada se evapora por completo a una presión constante de 100 KPa. Determine El cambio de volumen y La cantidad de energía transferida al agua. V = 0.3386 m3 H = 451.5 KJ

Mezcla saturada de líquido - vapor

P = 70.183 KPa V = 4.73 m3 Presión y volumen de una mezcla saturada Un recipiente rígido contiene 10 Kg de agua a 90 °C . Si 8 Kg de agua están en forma líquida y el resto como vapor, determine La presión en el recipiente. El volumen del recipiente.

Completa la tabla para el H2O T, °C P, KPa V, m3/Kg Descripción de fase 50 4.16 200 Vapor saturado 250 400 110 600

Vapor sobrecalentado Presiones menores ( P < Psat a una T dada) Temperaturas superiores ( T > Tsat a una P dada) Volúmenes específicos superiores (V > Vg a una P o T dadas) Energías internas superiores (u > ug a determinadas P o T) Entalpías superiores ( h > hg a P o T específicas)

Líquido comprimido Presiones superiores (P > Psat a una T dada) Temperaturas inferiores ( T < T sat a un a P dada) Volúmenes específicos inferiores ( v < vf a una P o T dadas) Energías internas inferiores (u < uf a una P o T dadas) Entalpías inferiores (h < hf a una P o T dadas)