propiedades sustancias puras
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Transparencias que explican las propidades de las sustanias puras. Es un documento básico en el que se resolverán facilmente tus dudas.TRANSCRIPT
Propiedades de una sustancia pura
Profesor:Joaquín Zueco JordánÁrea de Máquinas y Motores Térmicos
• Sistema– Sistemas cerrados (cantidad de masa fija). Sistemas aislados.– Sistemas abiertos.
• Volúmenes de control (en algunos libros asociado a sistemas abiertos
Introducción. Conceptos generales
• Objetivo de la Termodinámica: relacionar las variables termodinámicas de un sistema ,
en general en equilibrio termodinámico
• Visión macroscópica y microscópica de la Termodinámica
– Termodinámica clásica –> visión macroscópica, estudio de los sistemas como un todo.
– Termodinámica estadística ‐> visión microscópia, estudio de los sistemas a nivel molecular.
Introducción. Conceptos generales
Propiedades, estados, procesos y ciclos termodinámicos
Propiedad. Es una característica macroscópica de un sistema talcomo masa, volumen, energía, presión, y temperatura que puedentener un valor numérico
Valor que es asignado como consecuencia del comportamiento de un sistema
Estado. es la condición del sistema descrita por sus propiedades. Como suele haber relación entre las propiedades se suelen utilizarvarias propiedades para caracterizar tal estado
El nº de propiedades independientes es necesarias normalmente son 2 (1+ nº de modos de trabajo cuasiestático relevantes)
Cuando las propiedades de un sistema cambian pasando de un estado a otro sufre un proceso
Ciclo termodinámico es una secuencia de procesos que terminan en el mismo estado
Propiedades, estados, procesos y ciclos termodinámicos
• Propiedades extensivas. Es aquella que su valor para un sistema es la suma de los valores que tiene en cada uno de los subsistemas quecomponen al sistema. Ejemplos: Masa, volumen energía
Propiedades intensivas. Son aquellas que no son aditivas
• Fase cantidad de materia que es homogénea tanto en composición química como en su estructura física
sólido – líquido y gas
• Sistancia pura es aquella que tiene una composición uniforme (sólo una sustancia aunque puede tener varias fases)
• Equilibrio las propiedades del sistema se mantienen constantes en todo el sistema como consecuencia de una igualdad de distintos «efectos»
• Procesos reales y en cuasiequilibrio
Supondremos que los procesos se producen como una sucesión de estados de equilibrio
Sistemas compresibles y su estado termodinámico
P =P(V,T)V=V(P,T)T=T(P,V)
La ecuación de estado nos permite hallar unavariable fundamental conocidas las otras dos.
P, V, T Variables termodinámicas fundamentales
P,V,T
M.C.
f (P,V,T) = 0Sistema simple
Sistema simple compresible posee 1 forma de trabajo, p dVEstado termodinámico definido conocido 2 props. independientes
Comportamiento de los fluidos, superficie P-v-T
Sustancia que se contrae al solidificar
j ko p
Sólido
Líquido Gas
VaporLíquido
y vapor
Sólido y líquido
Sólido y vapor
Presión
Volumen específico
Temperatura
Sustancia que se expande al solidificar
Presión
Temperatura
Vapor
GasLíquido
Sólido
Sólido y líquido
Proyecciones p-T, p-v y T-v
Fuente: Termodinámica lógica y motores térmicos, José Aguera Soriano, 1999
Diagrama de fases
Curva de fusión
Punto crítico
Gas
Sólido
P
T
Curva vaporización
Líquido
A B
C D
AGUA
P T P T
Punto triple
Curva de sublimación
Vapor
B1
B2 A2
A1
CPc
T1
T3
T2
TcVaporhúmedo
Líquidosaturado
Vapor saturado
Gas
Vapor sobrecalentado
Líquido
P
V
Tª=cte
Introducimos un gas en un cilindro y medimos P, V en distintos estados de igual temperatura
Proceso isotérmico
Comportamiento de los fluidos
Un gas no se puede licuar comprimiéndolo a T=cte > Tc
Tª=cteTª=cteTª=cteTª=cteTª=cte
B1
B2 A2
A1
CTcp1
p2
pc
Vaporhúmedo
Líquidosaturado Vapor saturado
Gas
Vapor sobrecalentado
Líquido
T
V
Introducimos un gas en un cilindro y medimos T, V en distintos estados de igual presión
Proceso isobárico
Comportamiento de los fluidos
LíquidoPa
Líquido y vaporVapor sobrecalentado
Fuente: http://www2.udec.cl/~dfiguero/curso/capacidadfases/capacidadfases.htm
Temperatura y presión de saturación
0 101,33 100,0 1000 89,55 96,3 2000 79,50 93,25000 54,05 83,010000 26,50 66,220000 5,53 34,5
Altura P. atm. (kPa) Tsat(ºC)
• Al psat tiempos de cocción más cortos y ahorro energético
Psat(kPa)
Tsat(ºC)0 50 100 150 2000
200
400
600AGUA
Tsat= f(Psat)
• Al altura disminuye la psat (y Tsat) tiempos de cocción mayores
• Por cada 1000m de altura la Tsat disminuye unos 3ºC
Líquido saturadohf sf vf uf
Vapor saturado secohg sg vg ug374,15 ºC
= 221,2 barDiagrama T-s
s
hfg =TS (sg- sf)
CTc
P1
P2
Pc
Vaporhúmedo
T
sf sg
P3
Líquido
Vapor sobrecalentado
h = u + p v
Entalpía:
Ps Presión de saturaciónhfg = ug
- uf + PS (vg- vf)
Calor latente de vaporizaciónTs Temperatura de saturación
Fuente: http://www2.udec.cl/~dfiguero/curso/capacidadfases/capacidadfases.htm
(a presión atmosférica)
Diagrama de Mollier, h-sh
s
Vapor húmedo
Líquido comprimido
Vaporsobrecalentado
C
Fuente: Termodinámica Técnica, Moran & Shapiro, 1993
Fuente: Termodinámica Técnica, Moran & Shapiro, 1993
Fuente: Termodinámica Técnica, Moran & Shapiro, 1993
Fuente: Termodinámica Técnica, Moran & Shapiro, 1993
Aproximaciones a líquido saturado de un líquido comprimido
v(P,T) vf(T)
Cuando no se disponen datos (a presiones bajas)
Volumen específico:
u(P,T) uf(T)Energía interna:
h(P,T) hf(T) + vf(T) [P-Psat(T)]Entalpía:
Ejemplo:Aprox. líquido saturado a 20ºC (20ºC, 10MPa)
uf (20ºC) = 83,95 kJ/kgvf (20ºC) = 0,0010017 m3/kg 0,0009972 m3/kg
83,36 kJ/kgh(P,T) = 93,97 kJ/kg 93,33 kJ/kg
Título o calidad de un vapor húmedo
mg mgx = = m mf+ mg
Título de un vapormfy = m
Grado de humedad
1 kg vapor húmedo
x kg vapor saturado
seco
(1 – x) kglíquido saturado= +
CPc
T
Vaporhúmedo
P
vvgvf v
x
V = Vliq + Vvap
V Vf Vgv = m m m
mf mgv = vf + vgm m
Título o calidad de un vapor húmedo
CPc
T
Vaporhúmedo
P
vgvf v
x
v
u = ( 1 – x ) uf + x ug
s = ( 1 – x ) sf + x sg
h = ( 1 – x ) hf + x hg
Otras propiedades termodinámicas
mf mgv = vf + vgm m
mg mfx = x m m
v = x vf + x vg
1 dQ dq c =
m dT dT c =c(T,P)Unidades:• J/kg K• J/kg ºC
Calor específicoCantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de la unidad de masa de una sustancia
Qv
cv c. e. a volumen cte.
V cteu
cv = T v
dq cv =
dT v
cv(v,T)Qp
cp c.e. a presión cte.
dq cP =
dT p
P cteh
cP = T p
cp(P,T)
Sustancia incompresible, v=constante
udu dT
vdu = cv dT
u u du dT dv
v v T
u = u (T, v)
v= cte dv = 0
h = u + P vh = h (T, P)v= cte dv = 0
dh = du + Pdv + v dP
P= cte dP = 0
En un proceso a presión cte
dh = du + v dPh
cv = T p
dh = du du = cv dT
hcp = cv =
T p cp(T) = cv (T) = c(T)
Sustancia incompresible, v=constante
c (kJ/kgK)
0,2
0,4
100 200 300 400 500
Hierro
Cobre
Plomo
Temperatura (K)
u2 – u1 = c(T) dT1
2h2 – h1 = c(T) dT + v (P2 – P1)
2
1
u2 – u1 c (T2 – T1)h2 – h1 c (T2-T1) +v (P2 – P1)
Los calores específicos varían muy poco con la presión pero sí notablemente con la temperatura
Fuente: http://www.vaxasoftware.com