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Propiedades de
Especies PurasUNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PUEBLAINGENIERÍA MECATRÓNICA
M.C. Nora Martínez
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Introducción Hasta ahora sólo hemos estudiado algunas propiedades termodinámic
continuación se hará un estudio básico acerca del comportamiento y propiede las sustancias.
El análisis se limitará a ESPECIES PURAS, es decir, sustancias físicamente homogé
fijas en
composición química, por ejemplo: agua, nitrógeno, dióxido de carbon
Toda sustancia puede coexistir en equilibrio como sólido, líquido o vapor. En a
circunstancias, también pueden coexistir varias fases en equilibrio, por ejelíquido y vapor, líquido y sólido o sólido y vapor. Comprender todos estos fenóm
es básico para la determinación de la diferentes propiedades termodinámic
como para la selección apropiada de una sustancia como medio de trabajo
proceso o aplicación dada.
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También es fundamental para la selección de propiedades qu
determinen de una manera única, el estado de la sustancia dada
Dos propiedades intensivas independientes son suficientes pa
determinar con precisión el estado termodinámico de una sustanc
pura.
Dado que una de las sustancias puras más comunes es el agua, s
hará referencia a ella con frecuencia, empero, las deducciones qu
se obtengan serán completamente generales y válidas para cualquisustancia pura.
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Comportamiento PVT de Sustancias Puras
Las mediciones de la presión de vapor de una
sustancia pura, tanto sólida como líquida, conducen
a una curva de T versus P como la mostrada por las
líneas roja y azul. La línea verde proporciona una
relación de equilibrio sólido/líquido.
Estas tres curvas exhiben las condiciones de P y T en
las que pueden coexistir dos fases, y son las fronteras
para las regiones de una sola fase. La línea roja,llamada curva de sublimación, separa las regiones
de sólido y gas, la línea azul, la curva de
vaporización, separa las regiones de líquido y gas. La
línea de fusión es la línea verde. Las tres líneas se
encuentran en el punto triple, donde las tres fases
coexisten en equilibrio.
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La curva de vaporización termina en el punto crítico. Las coordenadas de este punto
la presión crítica (Pc) y la temperatura crítica (Tc), la temperatura y la presión más a
para las cuales una especie química pura puede existir en equilibrio líquido-vapor.
Los fluidos homogéneos se clasifican en general como líquidos o gases. De cualq
modo, no siempre se puede hacer la distinción porque las dos fases son indistinguibles
el punto crítico.
El área que existe a T y P mayores que la Pc y la Tc se marca por las líneas punteadas de
siguiente figura, y no representan fronteras de fase sino más bien los límites establecid
por los significados concedidos a las palabras líquido y gas.
Una fase es líquida si se produce vaporización a partir de la reducción de P a T constan
Un fase se considera gas si se produce una condensación a partir de la reducción de
a P constante. Ya que ninguno de estos procesos ocurre más allá de las líneas puntead
a ésta se le llama región de fluido.
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Diagrama Presión-Temperatura Las condiciones de P y T en que coexisten dos fases en
equilibrio se llaman CONDICIONES DE SATURACIÓN, y la P y
T correspondientes se denominan PRESIÓN DE SATURACIÓN
Y TEMPERATURA DE SATURACIÓN, respectivamente.
Cualquier fase que exista en estas condiciones se conoce
como fase saturada. En la figura se presenta la curva de
saturación líquido-vapor para el agua. En todos los estados
termodinámicos a lo largo de esta curva, también
conocida como línea de vaporización, coexisten la fase de
líquido y vapor. Los estados que se ubican a la izquierda
corresponden a los estados de líquido. Los que se sitúan a
la derecha corresponden a la fase vapor.
Puede observarse que el agua puede vaporizarse en un
rango de P y T muy extenso.
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Diagrama Presión-Temperatura de diferentes refrigerantes
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Diagrama de fases de CO2 Diagrama de f
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Diagrama Presión-Volumen
En la figura de la derecha se muestra la curva de
saturación líquido-vapor en coordenadas P-V. El área
que se halla debajo de la curva de saturación se
conoce como región húmeda, y la mezcla de líquido
y vapor existente en esta región se conoce como
vapor húmedo. Por otro lado, la línea AC corresponde
a los estados de líquido saturado, y la línea CB a los
estados de vapor saturado seco. El punto C, donde el
volumen específico del líquido saturado es igual al del
vapor saturado seco, se denomina punto crítico.
A
C
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Este punto corresponde a la P máxima donde la fase líquida y
fase de vapor pueden coexistir en equilibrio.
Para P superiores a la Pc (presiones supercríticas) solo puede exis
una fase, esto es, líquido o vapor.
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Diagrama Presión-Entalpía
Dado que la P y la H son propiedades
termodinámicas, se pueden emplear como
coordenadas. En la figura se presenta la curva
de saturación líquido-vapor en dichas
coordenadas. La línea AC corresponde a los
estados de líquido saturado. La línea CB a los
estados de vapor saturado y C es el punto
crítico.
El CALOR LATENTE se define como la diferencia
entre la entalpía de una fase en condiciones
de saturación y la entalpía de la otra fase en
condiciones de saturación a la misma P y T.A
C
a b
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De esta forma, el CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN, a una T o P de saturación
queda determinado por la expresión:
= −
Dividido entre una unidad de masa:
= −
En el punto crítico C, el calor latente de vaporización es igual a cero.
Los estados a y c quedan definidos al especificar la P o T de saturación y la
entalpía del líquido saturado hl o del vapor saturado seco hg.
Cualquier estado b queda definido al especificar la P o T de saturación y lacalidad.
= 1 − +
El diagrama P-H es de gran importancia en los análisis de sistemas de
refrigeración.
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El CALOR LATENTE es la energía asociada a un cambio defase de una sustancia pura (requerida o liberada).
Sólido Líquido
Líquido Sólido
- ∆Hfusión = ∆Hsolidifi
SólidoVapor ∆
Vapor Sólido ∆
- ∆Hsublimación = ∆Hc
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Diagrama Temperatura-Volumen
En la figura se presenta el diagrama T-V que
muestra la curva de saturación líquido-
vapor. La línea AC representa los estados
de líquido saturado, mientras que la línea
CB corresponde a los estados de vapor
saturado seco. El punto C representa el
punto crítico. Se observa que también tanto la P como la
T permanecen constantes en la región
húmeda.
A
C
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Constantes en el Punto Triple de algunassustancias
Sustancia T,K P, bar
Agua 273.16 0.0061
CO2 216.5 5.173
Hidrógeno 14 0.072
Nitrógeno 63.4 0.125
Oxígeno 54.8 0.0015
Plata 1233 0.0001
+Tablas de Propiedades y Tablas de Vapor