SUSTANCIA PURA- Es una sustancia formada por un solo
constituyente. - Las sustancias puras se caracterizan porque tienen
una composicin qumica constante y es la misma en todas sus fases. -
No necesariamente tiene que estar compuesta por un solo componente,
puede estarlo por varios compuestos qumicos. SOLUCION. Son
sustancias pticamente homogneas pero su punto de ebullicin varia
dependiendo de la concentracin de soluto en el solvente. MEZCLAS.
Son pticamente heterogneas y sus propiedades varan de acuerdo a las
caractersticas de sus componentes.
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Cualquier mezcla o solucin no es una sustancia pura. Ejemplo el
Agua y el aceite, las aleaciones de acero, etc. Importancia: tiene
que estar definida la sustancia para obtener una tabla de
propiedades. FASES DE UNA SUSTANCIA PURA Existen tres fases
principales para una sustancia pura estas son: slida, liquida y
gaseosa. - Fase Slida Las molculas estn separadas pequeas
distancias, existen grandes fuerzas de atraccin, las molculas
mantienen posiciones fijas unas con respecto a las otras pero
oscilan esta oscilacin depende de la temperatura.Cuando la
velocidad de oscilacin aumenta lo suficiente estas molculas se
separan y empieza el proceso de fusin.Prof. Carlos G Villamar L
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- Fase Lquida. El espaciamiento molecular es parecido al de la
fase slida, excepto que las molculas ya no mantienen posiciones
fijas entre si. Las molculas flotan en grupos.
- Fase Gaseosa. Las molculas estn bastante apartadas unas de
otras y no existe un orden molecular, estas se mueven de forma
desordenada en continuo choque entre ellas y con el recipiente que
las contiene.
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Procesos de cambios de fase de sustancias puras.
Solidificacin
Condensacin
SlidoFusin
LquidoEvaporacin
Gaseoso
Sublimacin
En todo proceso de cambio de fase la Presin y la Temperatura son
propiedades dependientes. Los cambios de fase ocurren a Temperatura
constante y son funcin de la Presin a la que ocurren. Una sustancia
a presiones mayores hervir a temperaturas mayores.Prof. Carlos G
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DETERMINACION DE LOS DIAGRAMAS P - V T Considere el siguiente
proceso a P = Cte. En los cuales el sistema es el fluido que se
esta calentando dentro del dispositivo cilindro pistn.
1
2
3
4
5
6
7
Se calienta el liquido
En el punto 3 empieza la evaporacin hasta que se evapora todo el
lquido en el edo. 5
Se sigue calentando el vapor
Este proceso lo graficamos en un diagrama TvT T7 T6 7 6 3 2 1 4
5
T3 = T4 = T5 T2 T1
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v1 v2 v3
v4
v5
v6
v7
v
Luego se coloca una masa adicional en el pistn y se hace el
mismo procedimiento, esto lo hago para varios pesos y por lo tanto
a distintas presiones. Se obtiene el siguiente grafico.T
v
Al unir con una curva los puntos donde empieza y termina el
cambio de fase se obtiene el domo de saturacin de una sustancia
dada. T
v Prof. Carlos G Villamar L Universidad de los Andes. Facultad
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Construccin del diagrama P v a partir de un proceso a T =
Cte.TP1 P2 P3 = P4 = P5
P6
T1
1 2
3
4
5
6
T = Cte P1 > P2v P
P2 > P3 P3 = P4 = P5
1 2 3 4 5
P6 < P5T1 = Cte
6
v
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Diagrama T - vPunto CriticoT
Lnea de P = Cte
Zona de lquido
Zona de gas o vapor Domo de Saturacin Zona de mezcla Lquido +
vapor Lnea Triple
v
Diagrama P vPunto CrticoP
Zona de gas o vapor Zona de lquido Zona de mezcla Lquido + vapor
Lnea Triple Domo de Saturacin Lnea de T = Cte
v
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Diagrama P TTambin conocido como diagrama de fases.PDomo de
saturacin slido + lquido Pto. Critico REGION DE LIQUIDO
Solidificacin Evaporacin Fusin REGION DE SLIDO Proceso de Vapor a
Lquido Sublimacin Domo de saturacin slido + vapor Pto. Triple.
Proyeccin de la lnea triple REGION DE VAPOR Domo de saturacin
lquido + vapor Condensacin
T
En general una fase se considera lquida si se puede evaporar por
una disminucin de la presin a temperatura constante. Una fase se
considera vapor si se puede condensar mediante una reduccin de
temperatura a presin constante. En sustancias que tienen una presin
de punto triple por encima de Patm la sublimacin es la nica forma
de pasar de fase slida a la de vapor en condiciones
atmosfricas.Prof. Carlos G Villamar L Universidad de los Andes.
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- Punto Triple: Proyeccin de la lnea triple en el diagrama P T
Es un punto en el cual las tres fases existen en equilibrio. - Lnea
Triple: Se observa en los diagramas P v y T v Los estados de una
sustancia sobre la lnea triple tienen la misma presin y
temperatura. - Domo: Zona de mezcla dentro de la cual hay cambio de
fase. - Lnea de Saturacin: Lnea donde comienza a ocurrir el cambio
de fase, delimita el domo, existen 3 Lnea de Slido saturado. Lnea
de Lquido saturado. Lnea de Vapor saturado.
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- Punto Crtico: Punto de mxima temperatura y presin por debajo
del cual puede ocurrir el cambio de fase Lquido Vapor o viceversa,
a presin y temperatura constante. Punto en el cual los estados de
lquido saturado y vapor saturado son idnticos. Por encima del punto
critico no existe una lnea que separe la regin de lquido y vapor,
el cambio de fase ocurrir de manera espontnea a medida que aumenta
la presin y la temperatura. - Temperatura de Saturacin: Es la
temperatura donde ocurre el cambio de fase. - Presin de Saturacin:
Es la presin donde ocurre el cambio de fase.
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Diagrama P-v se una sustancia que se expande al congelarse
Diagrama P-v de una sustancia que se contrae al congelarseProf.
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SUPERFICIE P v T Cualquier ecuacin que tenga dos variables
independientes de la forma Z = f(X, Y) se puede representar como
una superficie. Por tanto es posible representar el comportamiento
P v T de una sustancia como una superficie en el espacio. Todos los
puntos sobre la superficie representan la totalidad de los estados
a lo largo de la trayectoria de un proceso de cuasiequilibrio.
Estos superficies presentan gran cantidad de informacin pero es mas
conveniente trabaja con diagramas P v, T v, P - T
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Superficie P v T de una sustancia que se expande al congelarse
(ejm. Agua)
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CALIDAD. (x)Es una propiedad intensiva que se utiliza en los
procesos en que estn implicadas mezclas de lquido vapor. Esta
propiedad solo tiene significado para mezclas de lquido vapor, no
tiene significado en la zona de lquido comprimido o vapor
sobrecalentado. Representa la cantidad de masa de vapor presente en
la mezcla total.x= m vapor m mezcla = m vapor m liquido + m vapor =
mg mf + mg
Se define la humedad (h) como la masa de liquido contenida en la
mezcla total mf h= h = 1 x mf + mg donde : 0 x 1 0 h 1 x y h no se
definen en el punto critico v= V m vf = Vf + Vg mf + mg mf vf + mg
vg mf + mgh=1
Vf mf
vg =
Vg mgP X=1 h=0 X=0
v mezcla =
v mezcla = f (v f , v g , x) v mezcla = =
mg mf vf + vg mf + mg mf + mg
v mezcla = h v f + x v g v mezcla = (1 x)v f + x v g = v f x v f
+ x v g v mezcla = v f x(v f v g ) Como vfg = vg vf v mezcla = v f
+ x v fg = v f + x(v g v f )Prof. Carlos G Villamar L Universidad
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v
DETERMINACIN DE LA FASE DE UNA SUSTANCIA Testado > Tsat @
Pestado Testado < Tsat @ Pestado Pestado > Psat @ Testado
Pestado < Psat @ Testado Testado = Tsat @ Pestado Pestado = Psat
@ Testado vestado > vg @ Testado vestado > vg @ Pestado
vestado < vf @ Testado vestado < vf @ Pestado Vapor
Sobrecalentado (VSC) Lquido Comprimido (LC) Lquido Comprimido (LC)
Vapor Sobrecalentado (VSC) Mezcla (L+V) Mezcla (L+V) VSC VSC LC LC
Mezcla (L+V) Mezcla (L+V)
vf @ Pestado < vestado < vg @ Pestado vf @ Testado <
vestado < vg @ Testado
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Condiciones Para Definir Un Estado Considerando P, T, v, x (2
Propiedades Intensivas e Independientes) Fase Lquido o Vapor P, T
P, v T, v Mezcla Lquido + Vapor P, v T, v x, P x, T x, v NO se
puede solo conociendo P y T ya que so propiedades dependientes
dentro del domo
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Determinacin de las Propiedades cuando Pestado Psat @ Testado
Entonces: v = v @ Testado y Pestado (Pero no hay tablas para esas
Presiones tan bajas para lquido comprimido) T Pedo 2 Edo. Tedo
1
v El Estado real se puede aproximar al estado1 v = v @ Testado y
Pestado v = vf @ Testado Se aproxima a la propiedad de lquido
saturado evaluada a la temperatura real, NO se puede aproximar a la
Presin real, ya que el error sera muy grande. (Punto 2)Prof. Carlos
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INTERPOLACIONyRecta que pasa por dos puntos conocidos
y1 y3 y3 y2Pto. Real
1
Curva real del proceso
Pto. Aprox
32
Se conoce los puntos 1 y 2; (x1,y1); (x2,y2) Del punto 3 solo se
conoce x3 y se quiere determinar y3. La curva real se aproxima a
una recta y se interpola entre los valores conocidos de los puntos
1 y 2, pero este procedimiento permite hallar y3 y no y3 Empleando
relacin de tringulos: x 3 x1 y '3 y1 = x 2 x1 y 2 y1
x1 x3 x2
x
y '3 = y1 +
x 3 x1 ( y2 y1 ) x 2 x1
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Reordenando la ecuacin anterior
y '3 =
y1
+
y 2 y1 x 2 x1m
( x 3 x1 )x
y = y0
+
(Ec. De la Recta)
xx1 x3 x2
yy1 y3 y2
El error ser:
Error = |y3 y3|
Si los puntos 1 y 2 estn cercanos el error ser pequeo y este ser
menor a menor curvatura de la funcin y/o menor separacin de los
puntos conocidos.
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ECUACION DE ESTADO DE GAS IDEALCualquier ecuacin que relacione
las propiedades P-vT se conoce como ecuacin de estado. La ecuacin
de estado ms sencilla y conocida para sustancias gaseosas es la
ecuacin de estado de gas ideal. Diferencias entre gas y vapor: -
VAPOR: Sustancia que no se encuentra muy alejada de la lnea de
vapor saturado, implica que puede condensarse. - GAS: Sustancia que
se encuentra en fase gaseosa, alejada del domo de saturacin, su
temperatura es mayor que la crtica y/o su presin muy baja. Ecuacin
de estado de G.I: PV = mRT Pv = RT 3 P(kPa); v(m /kg); T(K); V(m3);
m(kg)
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R: Constante de los gases. UNIDADES:
kN m m2 kJ kN m m 2 kPa m3 = = = kg K kg K kg K kg K R Cons tan
te Universal de los gases R= u PM Peso Molecular
kJ kPa m3 R u = 8.31434 = 8.31434 kg K kg K kg PM kmol
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