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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

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