080-Vapores

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VAPORES
1
Una sustancia que tiene una composición química fija en cualquier parte se llama sustancia pura. EJ: el agua, el nitrógeno, el helio, el dióxido de carbono.
Una sustancia pura no tiene que estar conformada por un solo elemento o compuesto químico.
Una mezcla de varios de estos también califica como una sustancia pura siempre y cuando la mezcla sea homogénea, ejemplo el aire.
Una mezcla de dos o mas fases de una sustancia pura se sigue considerando una sustancia pura mientras la composición química de las fases sea la misma. Por ejemplo hielo y agua.
SUSTANCIA PURA
IEM
2
IEM
3
En muchas situaciones practicas dos fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. Ejemplo: el agua existe como una mezcla de líquido y vapor en la caldera, y el refrigerante pasa de líquido a vapor en el congelador de un refrigerador.
PROCESOS DE CAMBIO DE FASE EN SUSTANCIAS PURAS
IEM
4
Líquido comprimido o subenfriado (fase líquida , no esta a punto de a evaporarse).
Si se transfiere calor hasta obtener una temperatura de 40ºC por ejemplo, el agua líquida se expande y aumenta su volumen específico (el embolo sube ligeramente). La presión permanece constante a 1 atm.
IEM
5
IEM
6
Diagrama T-v para el proceso de calentamiento del agua a presión constante
En la vida cotidiana agua significa agua líquida y vapor indica vapor de agua. En termodinámica tanto el agua como el vapor significan sólo una cosa: AGUA.
Si todo el proceso se invierte, enfriando el agua mientras se mantiene la presión en el mismo valor, el agua regresará al estado 1, trazando de nuevo la misma trayectoria, por lo que el Q liberado será igual al Q del calentamiento.
Un vapor que no está a punto de condensarse es vapor sobrecalentado
IEM
7
A presiones supercríticas (P˃Pc), no hay proceso definido de cambio de fase (ebullición).
Para el caso del agua, a medida que aumenta la presión, la línea de saturación se acorta y se convierte en un punto denominado punto crítico que se define como el punto en que los estados de líquido saturado y vapor saturado son idénticos.
La temperatura a la cual comienza a hervir el agua, depende de la presión, en consecuencia, si la presión es constante, sucede lo mismo con la temperatura de ebullición. A esa temperatura y presión de cambio de fase se denomina de SATURACIÓN.
IEM
8
La forma general de un diagrama P-v de una sustancia pura es similar a la del diagrama T-v, pero T presenta una tendencia hacia abajo.
Diagrama P-v de una sustancia pura
IEM
9
Diagrama P-T de una sustancia pura
Las sustancias que se expanden y contraen al congelarse difieren solo en la línea de fusión.
Punto Triple: donde las tres fases coexisten en equilibrio. Para el agua, la temperatura y presión del punto triple son 0.01ºC y 0.6117 kPa.
IEM
10
Diagrama P-v-T de una sustancia pura
Superficie P-v-T de una sustancia que se contrae al congelarse.
Superficie P-v-T de una sustancia que se expande al congelarse (como el agua).
IEM
11
TITULO DEL VAPOR
Titulo del vapor: masa de vapor contenida en la unidad de masa de la mezcla
P
T
Punto triple
Sólido
Líquido
Vapor
Punto critico
En la zona de vapor húmedo para conocer en que proporciones se encuentra el líquido y el vapor se introduce el llamado título del vapor.
IEM
12
PARAMETROS EXTENSIVOS
Determinación del volumen especifico del vapor húmedo
Volumen total de la mezcla 
IEM
13
Volumen específico del vapor húmedo
Entalpía específica
Entropía específica
PARAMETROS EXTENSIVOS
Volumen específico del líquido saturado 
Volumen específico del vapor saturado 
En el segundo miembro, el primer sumando es el volumen ocupado por el vapor saturado contenido en la mezcla y el segundo el ocupado por el líquido saturado que integran el vapor húmedo.
r = h´´ - h´ se denomina entalpía de vaporización o calor latente de vaporización: representa la cantidad de energía necesaria para evaporar una masa unitaria de líquido saturado a una temperatura y presión determinada 
IEM
14
DIAGRAMA ENTROPICO PARA VAPORES
Para representar en un diagrama entrópico los estados líquidos y gaseosos de una sustancia, se buscara una expresión general del diferencial de entropía considerada función de la presión y temperatura.
(2)
Reemplazando en 2
(3)
Reemplazando en (3)
Comparando con (1) 
(1)
P.P de la termodinámica
Es función de estado
IEM
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DIAGRAMA ENTROPICO PARA VAPORES
Se cumple para la entropía que es una función potencial.
Derivando 4 y 5
(4)
(5)
IEM
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DIAGRAMA ENTROPICO PARA VAPORES
Reemplazando en 4 y 5
IEM
17
DIAGRAMA ENTROPICO PARA VAPORES
Para estados líquidos alejados del Pc
Para construir el diagrama debemos fijar un estado de referencia. Adopt. S0=0 p/líquido a T0=273K= 0ºC
Coeficiente de dilatación cúbica a p=cte
Para agua líquida, mientras la temperatura este alejada de la temp. crítica, la entropía variara solo con la temperatura. 
Al aproximarnos al punto crítico deberemos considerar el 2º termino, y la curva cambiara de curvatura 
Para el caso del agua vo= 0.001 m3/kg y α es pequeño
IEM
18
B
A
Al salir de la zona heterogénea y penetrar en la de vapor sobrecalentado, la línea isobárica deja de ser recta, ya que al suministrar calor a este vapor a p=cte aumentara su entropía y su temperatura y tenderán a ser exponenciales, acercándose al comportamiento de los gases perfectos.
IEM
19
IEM
20
IEM
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DIAGRAMA ENTÁLPICO-ENTRÓPICO O DE MOLLIER
Mediante el diagrama se pueden leer directamente diferencias de entalpía entre dos estados, que permitirán calcular cantidades de calor o trabajo. Fue propuesto por Richard. Mollier en 1904.
IEM
22
Para agua líquida alejada del estado crítico el segundo sumando puede despreciarse:
Adopt. h0=0 p/T0=273K= 0ºC
En consecuencia el origen del diagrama representará el estado de referencia, agua líquida a 0ºC
Por integración de (1) se irán obteniendo los puntos de la curva límite inferior hasta el punto K que represente al estado crítico
(1)
IEM
23
La curva limite superior correspondiente a los estados de vapor saturado seco se obtendrá:
Partiendo del estado A (líquido saturado), se obtendrá el punto B correspondiente al vapor saturado a igual presión y temperatura. En este caso el segmento AB tendrá una pendiente dada por:
Es decir que cada una tendrá una pendiente diferente, que coincidirá con la temperatura de vaporización correspondiente
IEM
24
Las pendientes de las líneas isobáricas se obtienen con la expresión:
En la zona heterogénea la isobárica será una línea recta. En la zona de vapor sobrecalentado, si se suministra calor a la unidad de masa de vapor, aumentará su temperatura, en consecuencia la pendiente de la isobárica irá creciendo y será una curva que tiende a una recta vertical.
IEM
25
 En la zona heterogénea, la temperatura no varía aunque varíe el volumen, si la presión es constante con lo que:
 La pendiente de una isotérmica estará dada por:
La isoterma coincide con la isobara
IEM
26
 Lo anterior se demuestra si el gas se comporta como gas perfectoh=f(T) y si T=cte y h=cte
Zona vapor sobrecalentado
(*)
(*) Dicha pendiente ira disminuyendo dado que cuando el vapor sobrecalentado se acerque al comportamiento del gas perfecto su entalpia será función de la temperatura y en consecuencia una isotérmica será una isoentálpica (recta horizontal)
Se pueden trazar dentro de la zona heterogénea las líneas de título constante con un procedimiento idéntico al empleado para el diagrama entrópico
IEM
27
DIAGRAMA DE MOLLIER
IEM
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BIBLIOGRAFÍA
TERMODINÁMICA TÉCNICA. CARLOS A GARCIA
TERMODINÁMICA. CENGEL-BOLES
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