Presentacin de PowerPoint

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGA "ANTONIO JOS DE SUCRE"AMPLIACIN GUARENASSEGURIDAD INDUSTRIALTERMODINMICAS.A.I.ASUSTANCIA PURAAUTOR: Katty Rivero C.I.: 7.104.737Guarenas, mayo 2015

PORTADA1SUSTANCIA PURA Es toda sustancia que tiene su composicin qumica homognea e invariante.Ejemplo: El agua, el nitrgeno, el oxgeno, el amonaco y muchos mas. La sustancia pura puede presentarse en distintas fases: slido, lquido y gaseosa. Dependiendo de los valores de presin y temperatura una sustancia puede estar como slido, lquido o vapor o presentarse en dos o tres fases a la vez.

SUSTANCIA PURA2

EQUILIBRIO DE FASES Recordemos que cualquier sistema evoluciona de forma espontnea hasta alcanzar el equilibrio, y que es posible determinar si un sistema est en equilibrio con su entorno si laSuniversoo si las funciones de estado del sistema U,H,AyGpermanecen constantes con el tiempo. En caso contrario analizando como variaran estas funciones de estado se puede determinar en que sentido evolucionar el sistema, para lo cual se emplean lasecuaciones de Gibbs. As, la condicin de equilibrio material en un sistema compuesto por varias fases y especies es , condicin quese cumple cuando no hay cambios macroscpicos en la composicin del sistema, ni transporte de materia de una fase a otra del sistema.

EQUILIBRIO DE FASES3

VAPOR, LQUIDO, SLIDO EN UNA SUSTANCIA PURA* LIQUIDO COMPRIMIDO O LIQUIDO SUBENFRIADO

En una sustancia pura significa que est en estado lquido y que no est a punto de evaporarse sino que le falta una adicin de calor o un cambio negativo en la presin para hacerlo. Si hablamos de lquido subenfriado entendemos que la sustancia est como lquida a una temperatura menor que la temperatura de saturacin ( T < Tsat) para una presin determinada. Si hablamos de lquido comprimido entendemos que la sustancia est como lquida a una presin mayor que la presin de saturacin (P > Psat) a una temperatura determinada. Vapor lquido slido en una sustancia pura4

VAPOR, LQUIDO, SLIDO EN UNA SUSTANCIA PURA* LIQUIDO SATURADO

Es aquel que est a punto de evaporarse. Es importante notar que cuando una sustancia pura est como lquido saturado sta se halla totalmente en ese estado, como lquido, nada de vapor ya que est a punto de comenzar a crearse a partir del agua lquida saturada. * VAPOR SATURADO O VAPOR SATURADO SECO

Es un vapor que est a punto de condensarse. En esta fase la sustancia est toda como vapor y es necesario retirar calor o aumentar la presin para provocar que se generen gotas de lquido. VAPOR, LQUIDO, SLIDO EN UNA SUSTANCIA PURA

VAPOR, LQUIDO, SLIDO EN UNA SUSTANCIA PURAVAPOR SOBRECALENTADO

Es vapor que est a una temperatura ms alta que la temperatura de vapor saturado, por lo cual la sustancia sigue estando toda como vapor pero ya no estar a punto de condensarse o de formar pequeas gotas de lquido. Si hablamos de vapor sobrecalentado entendemos que la sustancia est como toda vapor a una temperatura mayor que la temperatura de saturacin ( T > Tsat) para una presin determinada.

VAPOR, LQUIDO, SLIDO EN UNA SUSTANCIA PURATEMPERATURA DE SATURACIN Y PRESIN DE SATURACIN

La forma ms simple de entender estos conceptos es por medio de un ejemplo: Siempre hemos sabido que el agua ebulle, o se comienza a evaporar, a 100C, pero lo hace a esa temperatura porque la presin a la que se encuentra es la presin atmosfrica que es 1 atmsfera. Conclusin: la temperatura a la cual una sustancia pura comienza a cambiar de fase, bien sea comenzando a transformarse de agua a vapor (lquido saturado) o de vapor a lquido (vapor saturado), se llama temperatura de saturacin, y esta temperatura de saturacin siempre va a tener ligada una presin que se llamar presin de saturacin. Ahora, volviendo al ejemplo, si preguntan en una clase cual es la temperatura de saturacin para el agua a una presin de 1 atm = 101.325 kPa, la respuesta correcta sera 100C. Y si preguntan sobre la presin de saturacin para una temperatura de 100C la respuesta correcta sera 1 atmsfera.En pocas palabras, presin de saturacin es la temperatura de ebullicin para una presin determinada y la presin de saturacin es la presin de ebullicin para una temperatura determinada.VAPOR, LQUIDO, SLIDO EN UNA SUSTANCIA PURAVAPOR SATURADO + LIQUIDO SATURADO

Es un estado en donde dentro de un sistema tenemos lquido al mismo tiempo que tenemos vapor. Un ejemplo de esto es la preparacin de una sopa en una olla a presin en donde al cabo de algunos minutos habr agua y vapor dentro de ella a cierta presin nica para ambas fases de la sustancia.

Cuando hablamos de lquido mas vapor se sobreentiende que existe la CALIDAD. La calidad es la cantidad de masa de vapor con respecto a la cantidad de masa total de la sustancia. Es decir, si est como toda vapor, calidad = 1, si est como todo lquido, calidad = 0, porque no hay nada de masa en fase vapor debido a que toda la masa est como lquido.

VAPOR, LQUIDO, SLIDO EN UNA SUSTANCIA PURACALIDAD

Como habamos dicho, es la cantidad de masa de vapor presente con respecto a la cantidad de masa total dentro del volumen de control. Estas son ecuaciones para hallar la calidad de una sustancia pura.

Dondevprom: volumen especfico promedio.vf: volumen especfico del lquido.vg: volumen especfico del vapor.10VAPOR, LQUIDO, SLIDO EN UNA SUSTANCIA PURACALOR LATENTE

Calor necesario para que se de el cambio de fase. A esta temperatura, que se mantiene fija, el sistema pasa de tener solo agua a tener solo vapor pasando por infinitos estados de lquido + vapor. El calor latente es, digamos, la cantidad de calor que una llama de estufa tiene que transferir a una olla para que el agua dentro cambie totalmente de fase lquida a fase vapor.

Existe el calor latente de fusin, que es la cantidad de energa en forma de calor que se absorbe durante la fusin, que equivale a la energa liberada durante la congelacin, y el calor latente de evaporacin, que es la cantidad de energa absorbida durante la evaporacin y equivale a la energa liberada durante la condensacin.

VAPOR, LQUIDO, SLIDO EN UNA SUSTANCIA PURAPUNTO CRTICO

Lquido + Vapor en equilibrio con sus valores de presin y temperatura mximos. Se da en la punta superior de la campana de lquido + vapor en un diagrama T-v (Temperatura vs. Volumen especfico).

PROPIEDADES INDEPENDIENTES DE UNA SUSTANCIA PURA El principio de estado informa de la cantidad de propiedades independientes necesarias para especificar el estado de un sistema.* Principio de Estado: puede establecerse que el nmero de propiedades independientes, para sistemas de masa y composicin conocidas, cuando se desprecian las influencias del movimiento del sistema como un todo y las del campo gravitatorio terrestre, es una ms que el nmero de interacciones relevantes de trabajo.* Un sistema simple es aqul en el que slo hay un modo por el que la energa del sistema puede alterarse significativamente mediante trabajo cuando el sistema describe un proceso cuasiesttico.* Resulta conveniente interpretar el principio de estado en trminos de propiedades intensivas.PROPIEDADES INDEPENDIENTES DE UNA SUSTANCIA PURA13PROPIEDADES INDEPENDIENTES DE UNA SUSTANCIA PURA* En la superficie de la figura se representa la presin en funcin de otras dos variables, la temperatura y el volumen especfico; es decir: p = p(n, T). A esta superficie se la designa como superficie p-n-T.* Regiones de una sola fase: se trata de las regiones rotuladas como slido, lquido o vapor en las que el estado queda definido con cualesquiera dos de las propiedades p-nT.* Regiones bifsicas: se presentan dos fases en equilibrio; lquido-vapor, slido-lquido o slido-vapor. Estos equilibrios pueden darse en los cambios de fase como vaporizacin, fusin y sublimacin. En estas regiones la presin y la temperatura no son independientes. El estado queda definido con el volumen especfico y la presin o la temperatura.

PROPIEDADES INDEPENDIENTES DE UNA SUSTANCIA PURA* Lnea triple: es la nica lnea a lo largo de la cual se presentan en equilibrio las tres fases. El estado queda definido por el volumen especfico.* Estado de saturacin es aqul en el que empieza o termina un cambio de fase.* Domo de vapor es la zona donde coexisten en equilibrio los estados lquido-vapor.* Las lneas que bordean el domo son las lneas de lquido saturado y vapor saturado.* La interseccin entre estas lneas de saturacin se denomina punto crtico. A partir de ste se definen la temperatura crtica, la presin crtica y el volumen especfico crtico.

ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE VAPORLey de los Gases Ideales

La teora atmica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al orden que implican. Las molculas tienen una cierta libertad de movimientos en el espacio. Estos grados de libertad microscpicos estn asociados con el concepto de orden macroscpico. Las molculas de un slido estn colocadas en una red, y su libertad est restringida a pequeas vibraciones en torno a los puntos de esa red. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscpico. Sus molculas se mueven aleatoriamente, y slo estn limitadas por las paredes del recipiente que lo contiene.

Se han desarrollado leyes empricas que relacionan las variables macroscpicas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presin (p), el volumen (V) y la temperatura (T). A bajas presiones, las ecuaciones de estado de los gases son sencillas:

La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presin. p1.V1= p2.V2ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE VAPOR16

ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE VAPOR La ley de Charles y Gay Lussac afirma que el volumen de un gas a presin constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta. V1/T1= V2/T2

Resumiendo:p1.V1/T1= p2.V2/T2= constante Definiendo las condiciones normales de presin y temperatura (CNPT) como, 1 atmsfera y 273 K, para el volumen que ocupa un mol de cualquier gas (22,4 dm), esta constante se transforma en:constante = 1 atmsfera.22,4 dm/273 K.mol = 0,08205 atmsferas.dm/K.mol Y se define R como la constante de los gases ideales:R = 0,08205 atmsfera.dm/K.mol La combinacin de estas leyes proporciona la ley de los gases ideales, tambin llamada ecuacin de estado del gas ideal:p.V = n.R.Tdonde n es el nmero de moles.

ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE VAPORTeora Cintica de los Gases

Con la llegada de la teora atmica de la materia, las leyes empricas antes mencionadas obtuvieron una base microscpica. El volumen de un gas refleja simplemente la distribucin de posiciones de las molculas que lo componen. Ms exactamente, la variable macroscpica V representa el espacio disponible para el movimiento de una molcula. La presin de un gas, que puede medirse con manmetros situados en las paredes del recipiente, registra el cambio medio de momento lineal que experimentan las molculas al chocar contra las paredes y rebotar en ellas. La temperatura del gas es proporcional a la energa cintica media de las molculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidad.ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE VAPOR

La reduccin de las variables macroscpicas a variables fsicas como la posicin, velocidad, momento lineal o energa cintica de las molculas, que pueden relacionarse a travs de las leyes de la fsica de Newton, debera de proporcionar todas las leyes empricas de los gases. En general, esto resulta ser cierto.

La teora fsica que relaciona las propiedades de los gases con la mecnica clsica se denomina teora cintica de los gases. Adems de proporcionar una base para la ecuacin de estado del gas ideal, la teora cintica tambin puede emplearse para predecir muchas otras propiedades de los gases, entre ellas la distribucin estadstica de las velocidades moleculares y las propiedades de transporte como la conductividad trmica, el coeficiente de difusin o la viscosidad.ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE VAPOREcuacin de Van der Waals

La ecuacin de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales no se comportan exactamente as. En algunos casos, la desviacin puede ser muy grande. Por ejemplo, un gas ideal nunca podra convertirse en lquido o slido por mucho que se enfriara o comprimiera. Por eso se han propuesto modificaciones de la ley de los gases idealesP.V = n.R.TUna de ellas, muy conocida y particularmente til, es la ecuacin de estado de Van der Waals(p + a/v).(v - b) = R.Tdonde v = V/na y b son parmetros ajustables determinados a partir de medidas experimentales en gases reales. Son parmetros de la sustancia y no constantes universales, puesto que sus valores varan de un gas a otro.

La ecuacin de Van der Waals tambin tiene una interpretacin microscpica. Las molculas interaccionan entre s. La interaccin es muy repulsiva a corta distancia, se hace ligeramente atractiva a distancias intermedias y desaparece a distancias ms grandes. La ley de los gases ideales debe corregirse para considerar las fuerzas atractivas y repulsivas.

Por ejemplo, la repulsin mutua entre molculas tiene el efecto de excluir a las molculas vecinas de una cierta zona alrededor de cada molcula. As, una parte del espacio total deja de estar disponible para las molculas en su movimiento aleatorio. En la ecuacin de estado, se hace necesario restar este volumen de exclusin (b) del volumen del recipiente (V); de ah el trmino (V - b).ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE VAPOR

Transiciones de fase

A temperaturas bajas (a las que el movimiento molecular se hace menor) y presiones altas o volmenes reducidos (que disminuyen el espacio entre las molculas), las molculas de un gas pasan a ser influidas por la fuerza de atraccin de las otras molculas. Bajo determinadas condiciones crticas, todo el sistema entra en un estado ligado de alta densidad y adquiere una superficie lmite. Esto implica la entrada en el estado lquido. El proceso se conoce como transicin de fase o cambio de estado. La ecuacin de Van der Waals permite estas transiciones de fase, y tambin describe una regin de coexistencia entre ambas fases que termina en un punto crtico, por encima del cual no existen diferencias fsicas entre los estados gaseoso y lquido. Estos fenmenos coinciden con las observaciones experimentales. En la prctica se emplean ecuaciones ms complejas que la ecuacin de Van der Waals.ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE VAPOR

ECUACIONES DE ESTADO PARA LA FASE VAPORPresin de Vapor

La presin de vapor en equilibrio con un lquido o un slido a cualquier temperatura se denomina presin de vapor de la sustancia a esa temperatura.La presin de vapor de una sustancia es funcin de la temperatura solamente, no del volumen. En un recipiente que contenga lquido y vapor en equilibrio a temperatura constante, la presin no depende de las cantidades relativas de vapor y lquido. Si por algn motivo la cantidad de lquido disminuye, el vapor se condensa (para compensar) y viceversa, pero si se suministra o sustrae calor a temperatura constante, la presin no vara. La temperatura del punto de ebullicin de un lquido es la temperatura a la cual su presin de vapor es igual a la presin exterior.

SUPERFICIE TERMODINMICAPropiedades de exceso superficial (o de interfaz)

Energa interna de Interfaz Us: Us = U- U' U''

Cantidad de moles de exceso superficial (o de interfaz)del componente i:nis= ni-ni' -ni"

No se considera elvolumen de la interfaz V = V' + V''

Las energas internas de las fases se designan( =) y(''=) en general.

SUPERFICIE TERMODINMICA24SUPERFICIE TERMODINMICADeduccin de la ecuacin de Gibbs

SUPERFICIE TERMODINMICA Lacantidad deexceso interfacialdeies la diferencia entre la cantidad de ienelsistema real (itotal)menos lacantidad dei que hayen y .

Deduccin de la Ecuacin de GibbsSUPERFICIE TERMODINMICA

SUPERFICIE TERMODINMICASuperficies curvadas:

SUPERFICIE TERMODINMICACapilaridad: