jueves, 12 de abril de 2012

Propiedades de las Sustancias Puras


3.1 Sustancia pura

Una sustancia que tiene una composición química fija en cualquier parte se llama sustancia pura. El agua, el nitrógeno, el helio y el dioxido de carbono son sustancias puras.
Una mezcla de varios de estos tambien califica como una sustancia para siempre y cuando la mezcla sea homogénea. El aire, por ejemplo, es una mezcla de varios gases, pero con frecuencia se considera como una sustancia pura por que tiene una composición química uniforme. Sin embargo, la mezcla de aceite y agua no es una sustancia pura, ya que el aceite no es soluble en agua, por lo que se acumula en la superficie y se forman 2 regiones químicamente distintas. Una mezcla de hielo y agua liquida, por ejemplo es una sustancia pura por que ambas fases tienen la misma composición química. No obstante una mezcla de aire liquido con otro gaseoso, no componen una sustancia pura ya que no es químicamente homogénea.

3.2 Fases de una sustancia pura

Son 3 principales fases de la sustancia pura: Solido, Liquido y Gas
Una sustancia pura debe tener varias fases dentro de la principal, cada una con distinta estructura molecular.  Por ejemplo el carbono existe como grafito o diamante en la fase solida, el helio tiene 2 fases liquidas y el hierro 3 fases solidas.
Los enlaces moleculares son mas fuertes en los solidos y mas débiles en los gases. A causa de las pequeñas distancias intermoleculares que existen en un solido, las fuerzas de atracción entre las moléculas son grandes y mantienen las posiciones fijas. Estas fuerzas de atracción entre moléculas se vuelven de repulsión a medida que la distancia intermolecular se aproxima a 0, lo cual evita que las moléculas se apilen unas sobre otras. Aunque las moléculas en un solido permanezcan en una posición relativamente fija, oscilan de manera continua respecto a sus posiciones de equilibrio. La velocidad de las moléculas durante estas oscilaciones depende de la temperatura; cuando esta muy alta, la velocidad alcanza un punto donde las fuerzas intermoleculares disminuye de forma parcial y en el que grupos de moléculas se aportan, este es el comienzo del proceso de fusión.
En un liquido las fuerzas intermoleculares son mas débiles en relación con los solidos, pero su fuerza es mayor comparada con la de los gases.
Sus fuerzas moleculares son muy pequeñas, particularmente a bajas densidades, y las colisiones son el único modo de interaccion entre las moléculas. En la fase gaseosa las moléculas tienen un nivel de energia considerablemente mayor que en la liquida o en la solida; por lo tanto, para que un gas se condense o congele debe liberar antes una gran cantidad de su energía.

3.3 Procesos de cambio de fases en sustancias puras

Hay muchas situaciones practicas donde 2 fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. Algunos ejemplos son: el agua que existe como una mezcla de liquido y vapor en la caldera y en el condensador de una termoeléctrica, y el refrigerante para de liquido a vapor en el congelador de un refrigerador.
Liquido comprimido y liquido saturado
1.- Líquido comprimido: es aquel que no está a punto de evaporarse.
2.-Cuando un líquido esta apunto de evaporarse se llama líquido saturado.
3.-Un vapor que esta apunto de condensarse se llama vapor saturado.
4.- Un vapor que no está a punto de condensarse se denomina vapor sobre calentado.
5.- Es una combinación del estado 2 y 4 y se le conoce como vapor húmedo o una mezcla saturada de liquido-vapor.

Temperatura de saturación y presión de saturación.

A una determinada presión, la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase se llama temperatura de saturación Tsat. Del mismo modo a una sustancia pura cambia de fase se llama presión de saturación Psat.
A una presión de 101.325 kPa (como se explico en el cap.1) Tsat es 99.97 grados C mientras a una temperatura de 99.97 grados C Psat es de 101.325kPa.
La cantidad ce esta que es absorbida o liberada durante el proceso de cambio de fase se llama calor latente. Específicamente, la cantidad de energía absorbida durante la fusión se llama calor latente de fusión y equivale a la cantidad de energía liberada durante la congelación.
Durante un proceso de cambio de fase, resulta obvio que la presión y la temperatura son propiedades dependientes.

- Una masa de 200gr de agua liquido saturado se evapora por completo a una presión constante de 100kPa. Determine
a)
 el cambio de volumen.
b) la cantidad de energía transferida al agua.














- Un recipiente de 80 Lt contiene 4 kgs de refrigerante 134ª a una presión de 160 kPa Determine:
a) La temperatura.
b) la calida.
c) la entalpia del refrigerante.
d) el volumen que ocupa la fase de vapor.

Sustancia pura R-134a
M= 4 kg
V= 80 L
P= 160kPa











































Un dispositivo embolo contiene 0.85 Kg de refrigerante 134 a a – 10 grados C, el embolo que posee libertad de movimiento tiene una masa de 12 Kg y un diámetro de 25 cm. La presión atmosférica local es de 88 Kpa. Si se transfiere calor al refrigerante hasta que la temperatura sea de 15 grados C. determine:

a) La  presión final
b) el cambio en el volumen del cilindro
c) el cambio en la entalpia del refrigerante 134 a


Un recipiente rígido contiene al principio 1.4 kg de agua líquida saturada a 200 grados C. en este estado, el agua ocupa el 25% de volumen y el aire el resto (75%). Se suministra calor al agua hasta que el recipiente contiene solo vapor saturado. Determine:
a) el volumen del recipiente
b) Temperatura y Presión finales
c) el cambio de energía interna del agua





Modelo del gas ideal














Ru= constante universal de los gases ideales

1 mol de gas ideal a T p l (P=  1 atm T= 273.15 K)

Ocupa un Volumen exactamente de 22.414 L

















Determine el volumen específico  del refrigerante 134ª a 1 MPa y 50 grados C con:

A) La ecuación de estado de gas ideal
B) La carta de compresibilidad generalizada 

R-134ª
P= 1 MPa  -------  V= ¿?
T= 50 · C















Por un tubo para el gas de dióxido de carbono a 3 MPa y 500 K en flujo constante de                         0.4 Kg mol/seg.

 Determine:

a) Las tazas de flujo de volumen y de masa y la densidad de dióxido de carbono en dicho estado si el dióxido de carbono se enfría a presión constante al pasar por el tubo de modo que su temperatura baje a 450 K a la salida.
b) La tasa de flujo volumétrico a la salida del tubo.