Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 3
RESUMEN
Una sustancia que tiene una composición química fija en
cualquier parte se llama sustancia pura, la cual existe en diferentes
fases dependiendo de su nivel de energía. En la fase
líquida, una sustancia que no está a punto de evaporarse se
llama líquido comprimido o líquido subenfriado. En la fase
gaseosa, una sustancia que no está a punto de condensarse se
llama vapor sobrecalentado. Durante un proceso de cambio
de fase, la temperatura y la presión de una sustancia pura son
propiedades dependientes. A una determinada presión, una
sustancia cambia de fase a una temperatura fija, llamada temperatura
de saturación. Del mismo modo, a una temperatura
especificada, la presión a la cual una sustancia cambia de fase
se llama presión de saturación. Durante un proceso de ebullición,
tanto la fase líquida como la fase de vapor coexisten
en equilibrio, y bajo esta condición el líquido y el vapor se
llaman líquido saturado y vapor saturado.
En una mezcla saturada líquido-vapor (vapor húmedo), la
fracción de masa del vapor se llama calidad o título y se
expresa como
x
m vapor
m total
La calidad tiene valores entre 0 (líquido saturado) y 1 (vapor
saturado), pero no tiene significado en las regiones de líquido
comprimido o vapor sobrecalentado. En la región de vapor
húmedo, el valor promedio de cualquier propiedad intensiva y
se determina a partir de
y y f xy fg
donde f representa al líquido saturado y g de vaporización.
En ausencia de datos de líquido comprimido, es posible
establecer una aproximación al tratar al líquido comprimido
como un líquido saturado a una temperatura dada,
y
donde y significa v, u o h.
El estado más allá del cual no hay proceso de vaporización
aparente se llama punto crítico. A presiones supercríticas, una
sustancia se expande de modo gradual y uniforme de la fase
líquida a la de vapor. Las tres fases de una sustancia coexisten
en equilibrio en estados que se hallan a lo largo de la línea
triple, caracterizada por temperatura y presión de la línea triple.
El líquido comprimido tiene valores menores de v, u y
h respecto al líquido saturado a la misma T o P. Del mismo
modo, el vapor sobrecalentado tiene valores más altos de v, u
y h respecto al vapor saturado a la misma T o P.
Cualquier relación entre la presión, temperatura y volumen
específico de una sustancia se llama ecuación de estado, y la
más simple y mejor conocida es la ecuación de estado de gas
ideal, dada como
Pv
y f a T
donde R es la constante del gas. Se debe tener cuidado al usar
esta relación puesto que un gas ideal es una sustancia ficticia.
RT
Los gases reales exhiben comportamiento de gas ideal a presiones
relativamente bajas y temperaturas altas.
La desviación del comportamiento de gas ideal se tiene en
cuenta de modo apropiado al usar el factor de compresibilidad
Z, definido como
El factor Z es aproximadamente el mismo para todos los gases
a las mismas temperatura y presión reducidas, que se definen
como
donde P cr y T cr corresponden a presión y temperatura críticas,
respectivamente. Esto se conoce como el principio de los estados
correspondientes. Cuando se desconoce P o T, es posible
determinarlas de la carta de compresibilidad con la ayuda del
volumen específico pseudorreducido, definido como
El comportamiento P-v-T de las sustancias se representa
con más precisión mediante ecuaciones de estado complejas.
Tres de las mejor conocidas son
Van der Waals:
donde
Beattie-Bridgeman:
donde
A A 0 a 1 a v b y B B 0 a 1 b v b
Benedict-Webb-Rubin:
P
R u T
v
c
v 3 T 2 a 1
Z Pv
RT oZ v actual
v ideal
T R T T cr
y P R P P cr
a P
v R
v actual
RT cr >P cr
a
b 1v
2
v
b2 RT
a 27R2 2
T cr
y b RT cr
64P cr 8P cr
P
g
v 2 b e g>v 2
R u T
v 2 a 1
c
v T b1v B2 A
3 v 2
C 0
a B 0 R u T A 0
T b 1 bR u T a
2 v 2 v 3
aa
v 6
donde R u es la constante universal de los gases y v – es el volumen
molar específico.