INTRODUCCIÓN - Axel

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TERMODINÁMICA APLICADA
MEZCLAS NO REACTIVAS
MEZCLAS NO REACTIVAS
OBJETIVOS:
• Análisis de las Mezclas No Reactivas de Gases Ideales.
Estudia la metodología que permite conocer las propiedades termodinámicas
aparentes o representativas de una mezcla no reactiva de gases ideales en
función de las propiedades y la cantidad de cada componente dentro de la
mezcla.
• Psicrometría.
Estudia el comportamiento del Aire Atmosférico, que está conformado por Aire
Seco (que es una Mezcla No Reactiva) más Vapor de Agua (componente que
puede variar en cantidad durante los procesos termodinámicos que se
presentan normalmente).
I – Análisis de las Mezclas No Reactivas de Gases Ideales
A - Introducción:
En esta sección el foco de atención son las mezclas de gases cuya composición química
no varía durante un proceso termodinámico en análisis. De acuerdo al programa del
curso, el estudio planteado, se limita únicamente a las mezclas de gases ideales. No
obstante esta limitación, su utilidad práctica es muy extensa, pues la mayoría de los
procesos que se analizan, normalmente, ocurren a presiones de mezcla relativamente
bajas, en cuyo caso, la desviación en el comportamiento de los gases reales respecto al
comportamiento del gas ideal es mínima.
Diariamente enfrentamos al reto de tener que determinar las características de
múltiples mezclas de gases, como por ejemplo: la mezcla de gases producto de la
combustión en el escape de una caldera, o de un automóvil, o de una turbina de gas…
o, la mezcla de gases que circula a través de un gasoducto etc… Ante la imposibilidad
de contar con una tabla de propiedades para cada mezcla, podemos usar esta
metodología.
B – Análisis de Fracciones de una Mezcla
1) Fracción Masa (mfi)
mfi = (mi / mm) ..... ①
mm = m1 + m2 + … +mn ….. ②
∑ mfi = 1
mi → masa del componente “i”
mm → masa de la mezcla
2) Fracción Mol (yi)
yi = (ni / nm) …..③
ni = n1 + n2 + … + nn …..④
∑ yi = 1
ni → No. de moles del componente “i”
nm → No. de moles de la mezcla
3) Ley de Gibbs Dalton o de las Presiones Parciales.
“La Presión Total de una Mezcla de Gases Ideales (Pm) es igual a la suma de las 
Presiones Parciales de cada uno de sus Componentes”.
La Presión Parcial de un Componente es la presión que ejercerá dicho 
componente actuando solo a la misma temperatura y volumen de la mezcla.
Donde PA, PB y PC son las Presiones Parciales de los Componentes A, B y C.
De lo anterior se deduce la siguiente expresión general:
Pm = P1 + P2 + … + Pn …..⑤
A+B+C
Vm , Tm
A
Vm , Tm
B
Vm , Tm
C
Vm , Tm
Pm PA PB PC
4) Ley de Amagat o Leduc o Ley de los Volúmenes Aditivos.
“El Volumen Total de una Mezcla de Gases Ideales (Vm) es igual a la suma de los 
Volúmenes Parciales de cada uno de sus Componentes”.
El Volumen Parcial de un Componente es el volumen que ocupará dicho 
componente actuando solo a la misma Temperatura y Presión de la mezcla.
Donde VA, VB y VC son los Volúmenes Parciales de los Componentes A, B y C.
De lo anterior, se deduce la siguiente expresión general:
Vm = V1 + V2 + … + Vn …..⑥
A+B+C
Pm , Tm A
Pm , Tm
B
Pm , Tm
C
Pm , Tm
Vm
VA
VB VC
5) Fracción Volumétrica (Vfi)
Vfi = ( Vi / Vm ) ..... ⑦
∑ Vfi = 1
Donde: Vi → Volumen Parcial del Componente “i”
Vm → Volumen Total de la Mezcla
6) Principales Relaciones entre las diferentes Fracciones
yi = ( mfi / Mi ) / ∑𝒊𝒊=𝟏𝟏𝒏𝒏 mfi / Mi ….. ⑧
mfi = ( yi*Mi ) / ∑𝒊𝒊=𝟏𝟏𝒏𝒏 yi∗Mi ….. ⑨
yi = ( ni / nm ) = ( Pi / Pm ) = ( Vfi / Vm ) = Vfi ….. ⑩
C – Cálculo de las Propiedades de una Mezcla de Gases Ideales.
1) Constante Particular (rm)
Sustituyendo la ec. del Gas Ideal (P = mrT/V ) en la ec. ⑤,
tenemos: mmrmTm/Vm = m1r1Tm/Vm + m2r2Tm/Vm + … + mnrnTm/Vm
eliminando Tm/Vm : rm = (m1/mm)*r1+ (m2/mm)*r2+ … +(mn/mm)*rn
rm = mf1*r1+mf2*r2 + … + mfn*rn → rm= ∑𝒊𝒊=𝟏𝟏𝒏𝒏 mfi∗𝒓𝒓𝒊𝒊 ….. ⑪
también; si se conoce Mm y Ru (Cte. Univ.) : rm = Ru/Mm ….. ⑪a
2) Masa Molar (peso molecular) de la Mezcla (Mm)
Sustituyendo la ec. que define el No. de moles (n=m/M →m = n*M) en la ec. ②
nmMm = n1M1 + n2M2 + … + nnMn
Mm = (n1/nm)*M1 + (n2/nm)*M2 + …. + (nn/nm)*Mn
Mm = y1*M1 + y2*M2 + … + yn*Mn → Mm = ∑𝒊𝒊=𝟏𝟏𝒏𝒏 yi∗𝑴𝑴𝒊𝒊 ….. ⑫
3) Entalpía Específica másica (hm) o molar (ĥm)
La entalpía total de una mezcla es igual a:
Hm = H1 + H2 + … + Hn
Pero → H = m * h o también → H = n * ĥ
Sustituyendo estas expresiones en la primera ecuación, tenemos:
mmhm = m1h1 + m2h2 + … +mnhn ó nmĥm = n1ĥ1 + n2ĥ2 + … + nnĥn
hm = (m1/mm)*h1+(m2/mm)*h2+…+(mn/mm)*hn ó ĥm = (n1/nm)*ĥ1+(n2/nm)*ĥ2+…+(nn/nm)*ĥn
hm = mf1*h1 + mf2*h2 + … + mfn*hn ó ĥm = y1*ĥ1+ y2*ĥ2 +…+ yn*ĥn
Si las ecs. anteriores las expresamos en forma de una sumatoria, tenemos lo siguiente:
hm = ∑𝒊𝒊=𝟏𝟏𝒏𝒏 mfi∗ 𝐡𝐡𝒊𝒊 ….. ⑬ ó ĥm = ∑𝒊𝒊=𝟏𝟏𝒏𝒏 yi∗ ĥ𝒊𝒊 ….. ⑬a
4) Energía Interna específica ( um , ūm ), Entropía específica ( sm , ŝm ) y Calores específicos a 
Presión ( Cpm , Ĉpm ) y Volumen ( Cvm , Ĉvm ) constantes.
Haciendo, para cada uno de los casos, un análisis similar al realizado para el caso de la 
entalpía específica, se llega a las siguientes expresiones:
um = ∑𝐢𝐢=𝟏𝟏𝐧𝐧 mfi∗ 𝐮𝐮𝐢𝐢 ….. ⑭ ó ūm = ∑𝐢𝐢=𝟏𝟏𝐧𝐧 yi∗ ū𝐢𝐢 ….. ⑭a
sm = ∑𝐢𝐢=𝟏𝟏𝐧𝐧 mfi∗ 𝐬𝐬𝐢𝐢 ….. ⑮ ó ŝm = ∑𝐢𝐢=𝟏𝟏𝐧𝐧 yi∗ ŝ𝐢𝐢 ….. ⑮a
Cpm = ∑𝐢𝐢=𝟏𝟏𝐧𝐧 mfi∗ 𝐂𝐂𝐂𝐂𝐢𝐢 ….. ⑯ ó Ĉpm = ∑𝐢𝐢=𝟏𝟏𝐧𝐧 yi∗ Ĉ𝐂𝐂𝐢𝐢 ….. ⑯a
Cvm = ∑𝐢𝐢=𝟏𝟏𝐧𝐧 mfi∗ 𝐂𝐂𝐂𝐂𝐢𝐢 ….. ⑰ ó Ĉpm = ∑𝐢𝐢=𝟏𝟏𝐧𝐧 yi∗ Ĉ𝐂𝐂𝐢𝐢 ….. ⑰a
II – Psicrometría (estudio de la mezcla de aire seco y vapor de agua)
A) Introducción
El aire seco es una mezcla de gases (O2,N2,Ar,CO2,H2 y otros gases raros) cuya composición se 
mantiene siempre constante; sin embargo, en el medio ambiente el aire seco siempre se encuentra 
coexistiendo con pequeñas cantidades de vapor de agua este último componente normalmente con 
una Presión Parcial relativamente baja, Esta mezcla se conoce como Aire Atmosférico o Aire Húmedo.
La diferencia básica del Aire Atmosférico con otras mezclas no reactivas es que, con las variaciones 
normales de temperatura en el ambiente, se pueden presentar condensaciones o evaporaciones, es 
decir, cambios en la cantidad del componente de vapor dentro de la mezcla. La Psicrometría, por 
tanto, se encarga de estudiar el método de análisis de esta mezcla y tiene como sus principales 
aplicaciones los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado.
A continuación se adjuntan archivos donde se presentan, en forma manuscrita, las definiciones de los principales conceptos 
involucrados, como Temperaturas (Bulbo Seco “Tbs”, Bulbo Húmedo “Tbh”, Rocío “Tw” y Saturación Adiabática “Tsat”), 
Humedades (Específica “w” y Relativa “ɸ”) y Entalpía de la mezcla (hm). Asimismo, se incluyen ejemplos de aplicación a la 
teoría expuesta.
EJEMPLOS DE ANALISIS MEZCLAS
(Proceso iterativo)
EJEMPLOS DE PSICROMETRÍA
14-40 El aire de un cuarto está a 1 atm, 32 °C y humedad relativa de 60 por ciento. Determine a) la humedad 
específica, b) la entalpía, en kJ/kg aire seco, c) la temperatura de bulbo húmedo, d) la temperatura de punto de rocío
y e) el volumen específico del aire, en m3/kg aire seco. Use la carta psicrométrica.