FACULTAD DE INGENIERÍA - UMSA LABORATORIO DE TERMODINAMICA DOCENTE: ING. RENE ALVAREZ BALANCE DE ENERGIA – SISTEMA ABIERTO
CUESTIONARIO Nº 1 1. PROPIEDADES DE UNA SUSTANCIA PURA. DETERMINAR LA PRESIÓN DE VAPOR EN FUNCIÓN A LA TEMPERATURA Y GRAFICAR PARA LAS SIGUIENTES SUSTANCIAS: AGUA, ALCOHOL, BENCENO Y ACETONA. Rs.- Se considera una sustancia pura aquella que mantiene la misma composición química en todos los estados. Una sustancia pura puede estar conformada por más de un elemento químico ya que lo importante es la homogeneidad de la sustancia. El aire se considera como una sustancia pura mientras se mantenga en su estado gaseoso, ya que el aire está conformado por diversos elementos que tienen diferentes temperaturas de condensación a una presión específica por lo cual al estar en estado líquido cambia la composición respecto a la del aire gaseoso.
PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS
LIQUIDO COMPRIMIDO O LIQUIDO SUBENFRIADO En una sustancia pura significa que está en estado líquido y que no está a punto de evaporarse sino que le falta una adición de calor o un cambio negativo en la presión para hacerlo. Si hablamos de líquido subenfriado entendemos que la sustancia está como líquida a una temperatura menor que la temperatura de saturación ( ! sat" para una presión determinada. Si hablamos de líquido comprimido entendemos que la sustancia está como líquida a una presión mayor que la presión de saturación (# $ #sat" a una temperatura determinada.
LIQUIDO SATURADO Es aquel que está a punto de evaporarse. Es importante notar que cuando una sustancia pura está como líquido saturado %sta se halla totalmente en ese estado, como líquido, nada de vapor ya que está a punto de comen&ar a crearse a partir del agua líquida saturada.
VAPOR SATURADO O VAPOR SATURADO SECO
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FACULTAD DE INGENIERÍA - UMSA LABORATORIO DE TERMODINAMICA DOCENTE: ING. RENE ALVAREZ BALANCE DE ENERGIA – SISTEMA ABIERTO Es un vapor que está a punto de condensarse. En esta fase la sustancia está toda como vapor y es necesario retirar calor o aumentar la presión para provocar que se generen gotas de líquido.
VAPOR SOBRECALENTADO Es vapor que está a una temperatura más alta que la temperatura de vapor saturado, por lo cual la sustancia sigue estando toda como vapor pero ya no estará a punto de condensarse o de formar peque'as gotas de líquido.
Si hablamos de vapor sobrecalentado entendemos que la sustancia está como toda vapor a una temperatura mayor que la temperatura de saturación ( $ sat" para una presión determinada.
TEMPERATURA DE SATURACIÓN Y PRESIÓN DE SATURACIÓN a forma más simple de entender estos conceptos es por medio de un e)emplo* Siempre hemos sabido que el agua ebulle, o se comien&a a evaporar, a +-, pero lo hace a esa temperatura porque la presión a la que se encuentra es la presión atmosf%rica que es + atmósfera. onclusión* la temperatura a la cual una sustancia pura comien&a a cambiar de fase, bien sea comen&ando a transformarse de agua a vapor (líquido saturado" o de vapor a líquido (vapor saturado" , se llama temperatura de saturación, y esta temperatura de saturación siempre va a tener ligada una presión que se llamará presión de saturación. /hora, volviendo al e)emplo, si preguntan en una clase cual es la temperatura de saturación para el agua a una presión de + atm 0 ++.123 4#a, la respuesta correcta sería +-. 5 si preguntan sobre la presión de saturación para una temperatura de +- la respuesta correcta sería + atmósfera. En pocas palabras, presión de saturación es la temperatura de ebullición para una presión determinada y la presión de saturación es la presión de ebullición para una temperatura determinada.
VAPOR SATURADO + LIQUIDO SATURADO Es un estado en donde dentro de un sistema tenemos líquido al mismo tiempo que tenemos vapor. Un e)emplo de esto es la preparación de una sopa en una olla a presión en donde al cabo de algunos minutos habrá agua y vapor dentro de ella a cierta presión 6nica para ambas fases de la sustancia. uando hablamos de líquido mas vapor se sobreentiende que e7iste la 8/9:/:;. a calidad es la cantidad de masa de vapor con respecto a la cantidad de masa total de la sustancia. Es decir, si está como toda vapor, calidad 0 +, si está como todo líquido, calidad 0 , porque no hay nada de masa en fase vapor debido a que toda la masa está como líquido.
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DETERMINAR LA PRESIÓN DE VAPOR EN FUNCIÓN A LA TEMPERATURA Y GRAFICAR P ARA LAS SIGUIENTES SUSTANCIAS: AGUA, ALCOHOL, BENCENO Y ACETONA. a evaporación del agua es un e)emplo de cambio de fase de líquido a vapor. os potenciales químicos de las fases α (líquido" y β (vapor" son
μα(T, P)= μ(T, P)
funciones de la temperatura T y la presión P y tienen el mismo valor
/ partir de esta igualdad y empleando relaciones termodinámicas, se obtiene la ecuación de lapeyron. Suponiendo que la fase vapor es un gas ideal y que el volumen molar del líquido es despreciable comparado con el volumen molar de gas, se llega a la denominada ecuación de lausius<lapeyron que nos proporciona la presión de vapor del agua Pv en función de la temperatura T, suponiendo además, que la entalpía L de vapori&ación es independiente de la temperatura (al menos en un determinado intervalo" donde C es una constante
2. EQUILIBRIO DE FASES VAPOR – LIQUIDO – SOLIDO.
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ESBOZAR LOS DIAGRAMAS DE FASES PARA DOS SUSTANCIAS PURAS EN COORDENADAS (PV, TS, PH, HS! DIAGRAMA P – V
DIAGRAMA T – S
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DIAGRAMA P – H
DIAGRAMA H – S
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". DEMOSTRAR QUE EL TRABA#O ENEL E#E LO PODEMOS DETERMINAR POR: $%
∫ Vdp
RS.- raba)o mecánico en una corriente de fluido d ( p V ) = p dV + V dp
dU = t dS − p dV
d ´ Q =T dS
( ) ( 2
´
d Ws =−V dp – d
mu 2gc
−
d
mzgc gc
)
−
d ( m Eo )
Si los cambios de Ec, Ep, Esup la ecuación se reduce a* 2
1
Ws abierto=−∫ V dp =∫ V dp 1
2
&. EN UN SISTEMA (CILINDRO PISTÓN! SE TIENEGAS OCUPANDO UN VOLUMEN DE 1' LITROS A LA PRESIÓN DE & ATM Y 1'C) SE DILATA ESTE GAS HASTA *' LITROS DE VOLUMEN FINAL. DETERMINAR EN CADA CASO EL TRABA#O Y EL CALOR TRANSMITIDO) CUAL PROCESO EFECT+A MAS TRABA#O
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-! A TEMPERATURA CONSTANTE
! A PRESIÓN CONSTANTE
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*. UN COMPRESOR IRREVERSIBLE Y ADIAB/TICO(N % 0' ! COMPRIME 1 G DE VAPOR DE AGUA DESDE 1* PSI Y "03 HASTA 2''PSI. CALCULAR: -! LA TEMPERATURA FINAL. ! EL TRABA#O OBTENIDO. 4! LA VARIACIÓN DE ENTROP5A. 6! GRAFICAR EL PROCESO EN COORDENADAS TS. Rs.-
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