Propiedades Con Vapor De Agua

“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

TERMODINAMICA PARA LA INGENIERIA

Tema : Propiedades con vapor de agua

1. INTRODUCCION

Siguiendo con el contenido del curso experimentaremos las propiedades con el vapor de agua del capitulo de la sustancia pura, ya que es de importancia en los procesos termodinámicos y además que nos permite manejar el uso de las tablas de dicho capitulo.

Se realizara solo con elementos sencillos como para tenerlos a mano como termómetro, un recipiente, una probeta una balanza, un microondas, un embudo, un recipiente y agua.

Además daremos conceptos previos como definiciones de la sustancia pura, entropía, entalpia y demás variables que influyen en dicho proceso.

2. OBJETIVO

En la presente experiencia en el laboratorio se determinara la energía interna, la entalpia, la entropía, la calidad, volumen especifico, humedad, de una cantidad de agua lo suficiente como para que cierta cantidad del mismo pase del estado liquido al estado gaseoso por medio de la agregación del calor además de obtener volúmenes iniciales y finales luego del proceso.

Obtener la cantidad del agua liquida que se transforma en vapor.

Analizaremos dichas variables solo con las mediciones del agua liquida en el estado inicial y las tablas.

3. CONTENIDO

a) Defina con ejemplos:

SUSTANCIAS PURAS:

 En el diseño de procesos, diagnósticos y sistemas termodinámicos en general existe la necesidad de utilizar una sustancia de trabajo; este puede ser un líquido, gas o una mezcla .Dado que los parámetros de diseño y las características de operación dependan de las propiedades de la sustancia de trabajo, por ello debemos tener un conocimiento del comportamiento termodinámico dela sustancia que se está empleando .Los estados de equilibrio de un sistema dado queda completamente determinado al especificar todas sus propiedades conociéndose relevantemente el tipo de trabajo que produce el sistema, siendo estas las siguientes:

i) Trabajo mecánico de expansión o comprensión.

ii) Trabajo mecánico de estiramiento.

iii) Trabajo eléctrico, magnético, etc.

El trabajo que desarrolla una sustancia en forma general se expresa como el producto de una variable intensiva (independiente de la masa) y la variación de una variable extensiva (dependiente de la masa).

 Es una sustancia que tiene una composición química fija; es decir que también puede ser una mezcla de varias sustancias o elementos químicos media vez la composición no varíe o sea que sea una mezcla totalmente homogénea. O sea que puede ser aire, combustible búnker, etc., pero no puede ser una mezcla de aceite y agua ya que estos se separan y no forma una mezcla homogénea.

 Una mezcla de dos o más fases de una sustancia pura sigue siendo una sustancia pura, siempre que la composición de las fases sea la misma, como agua en su fase de vapor y líquida o mezcla de hielo y agua líquida, pero aire en su fase de vapor y líquido no es una sustancia pura ya que tienen diferentes composiciones ya que se condensa solamente el vapor de agua, esto es debido a que los componentes del aire tienen diferentes puntos de condensación.

Fases de una sustancia:

 Las sustancias existen en diferentes fases, a temperatura y presión ambiente el cobre, hierro, plástico, oro es sólido, el aire, el nitrógeno es gaseoso, el agua, el mercurio es líquido.

 Una sustancia puede tener varias fases con estructuras moleculares diferentes, por ejemplo el carbono puede existir como grafito o diamante en fase sólida. El hielo puede existir con siete fases sólidas diferentes.

 Una fase se identifica como un arreglo molecular distinto, homogéneo en su totalidad y separado de las demás fases por medio de superficies identificables. Por ejemplo el agua y el hielo, estas son fácilmente identificables.

 A nivel molecular, los enlaces moleculares del estado sólido son más fuertes que el estado líquido y este que el estado gaseoso.

 En las moléculas del sólido existen pequeñas distancias intermoleculares, las fuerzas de atracción entre las moléculas son grandes y las mantienen fijas dentro del sólido.

 En las moléculas del líquido es similar al estado sólido únicamente que las moléculas ya no mantienen posiciones fijas entre si y pueden rotar y trasladarse libremente. En un líquido las fuerzas intermoleculares son más débiles con relación a un sólido, pero son fuertes en comparación con los gases.

 En la fase gaseosa las moléculas están bastante apartadas unas de otras y no hay un orden molecular. Las moléculas del gas se mueven al azar, en continuo choque entre sí y con las paredes del recipiente que las contienen. Las fuerzas moleculares son muy pequeñas, en particular en bajas densidades, y las colisiones son la única interacción entre las moléculas. Las moléculas en estado gaseoso tienen un nivel de energía bastante mayor que en la fase líquida o sólida, o sea que el gas debe liberar una gran cantidad de energía antes de que pueda congelarse o condensarse.

 Una sustancia pura puede existir en diferentes fases dependiendo del proceso, por ejemplo en la caldera existe agua líquida y vapor; un refrigerante en un condensador evaporativo existe inicialmente como vapor, luego como líquido.

Vapor saturado y vapor sobrecalentado:

En el VC anterior, al iniciarse la ebullición, la temperatura se detendrá hasta que el líquido se evapora completamente; media vez la presión se mantenga constante. Si en este punto se pierde calor al exterior, se inicia una leve condensación del vapor. Un vapor a punto de condensarse se le llama vapor saturado. Media vez el proceso de evaporación se alcanza completamente existe una sola fase de vapor y al llegar a este punto, una adición de calor ocasionará un aumento de temperatura y del volumen específico. Si la temperatura la llevamos hasta 332 ºC y si transferimos calor a los alrededores o se pierde calor, la temperatura descenderá pero no necesariamente ocurrirá condensación; únicamente hasta que la temperatura baje a 100ºC a 1 atm. De presión. Un vapor que no está a punto de condensarse se denomina vapor sobrecalentado. El proceso de cambio de fase a presión constante se representa en el siguiente diagrama T-v.

ESTADO TERMODINAMICO:

El general de un sistema termodinámico en equilibrio queda determinado por los valores de sus cantidades y parámetros intensivos tales como: la presión, la temperatura, etc. Específicamente, el equilibrio termodinámico se caracteriza por tener un valor mínimo en sus potenciales

Termodinámicos, tales como la energía libre de Helmholtz, es decir, sistemas con temperatura y volumen constantes siempre y cuando:

A = U – TS

O la energía libre de Gibbs, es decir, en sistemas caracterizados por tener la presión y la temperatura constante:

G = H – TS

El proceso que gobierna un sistema hacia el equilibrio termodinámico se denomina termalización. Un ejemplo de este tipo de procesos es el que tiene lugar en un sistema de partículas interactuantes y que se abandona a sus propias influencias. Un sistema tal y como este intercambia energía/momentum entre las partículas que lo constituyen

Hasta que las variables macroscópicas que definen el sistema permanecen invariables en el tiempo.

La termodinámica clásica trata, casi siempre, de transformaciones entre estados de equilibrio. La palabra equilibrio implica un estado que ha repartido sus variables hasta que no hay cambios. En el estado de equilibrio no hay potenciales sin balancear (o fuerzas perturbadoras) con el sistema. Un sistema se dice que ha llegado al equilibrio termodinámico cuando no experimenta cambios al haber sido aislado de su entorno.

Proceso termodinámico

En física, se denomina proceso termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinado sistema termodinámico. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final. De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre sí.

PUNTO TRIPLE:

El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presión de vapor.

El punto triple del agua, por ejemplo, está a:

273,16 K (0,01 °C) y a una presión de 611,73 Pa ITS90. Esta temperatura, debido a que es un valor constante, sirve para calibrar las escalas Kelvin y Celsius de los termómetros de mayor precisión.

PUNTO CRÍTICO:

En termodinámica y en fisicoquímica, un punto crítico es aquel límite para el cual el volumen de un líquido es igual al de una masa igual de vapor o, dicho de otro modo, en el cual las densidades del líquido y del vapor

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