Guia De Sustancias Puras

Universidad Central de Venezuela
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Mecánica
Laboratorio de Termodinámica I

Guía Práctica #2:
SUSTANCIAS PURAS

INTRODUCCIÓN:
Son de gran utilidad en la industria una serie de sustancias denominas “Sustancia
Puras”, cuya composición química permanece inalterable cualquiera sea la fase en la
que se encuentren. Entre estas sustancias podemos encontrar: elagua en las centrales de
vapor, el amoniaco y los refrigerantes halógenos en los sistemas de refrigeración, etc.
Es importante recordar que una Sustancia Pura no tiene que estar conformada por un
solo elemento o compuesto químico. Una mezcla de varios de éstos también califica
como una sustancia pura siempre y cuando la mezcla sea homogénea. El aire, por
ejemplo, es una mezcla de varios gases,pero con frecuencia se considera como una
sustancia pura porque tiene una composición química uniforme.

ESTADO Y FASE:
El Estado es aquella condición del sistema que se caracteriza por determinar el valor de
las propiedades de la sustancia. El Estado de una sustancia pura se define por dos
propiedades independientes, por ejemplo, si se especifican la temperatura y el volumen
especifico del vaporsobrecalentado, se determina el estado del vapor. Así pues, un
estado esta determinado cuando se especifica el valor de por lo menos dos de las
siguientes propiedades:
Presión

Volúmen específico

Temperatura

Entropía

Entalpía

Calidad

Una Ecuación de Estado es una ecuación constitutiva que describe el estado de
agregación de la materia como una relación matemática entre la temperatura, lapresión,
el volumen, la densidad, la energía interna y posiblemente otras funciones de estado
asociadas con la materia.
Las fases, por su parte en termodinámica son los distintos estados homogéneos en los
que se presenta una sustancia al ir cambiando su estado termodinámico (temperatura,
presión o concentración). En la actualidad con el avance tecnológico de que se dispone
se han descubierto sieteestados de la materia. Además de los estados sólido, líquido y
gas, la materia puede existir como plasma, condensados de Bose-Einstein, condensados
fermiónicos y como quark-gluones.
En termodinámica, nos enfocaremos básicamente en las fases: Sólido, Líquido y
Gaseoso. Estas tres fases se pueden expresar en el llamado “diagrama de fases” (fig 1),
el cual se construye a partir de ensayos térmicos. Elanálisis térmico típico consiste en
suministrar energía a la muestra de sustancia a ensayar, a un ritmo conocido, y ver cómo
varía su temperatura y otras propiedades.

Fig 1.

Diagrama de fases

En la fig 1, se puede apreciar dos puntos importantes: El punto Triple y el Punto Crítico.
El punto Triple: Es la proyección de la línea triple en el diagrama P-T. Es el punto en
el cual las tres fases existenen equilibrio.
Línea triple: Se observa en los diagramas P – v y T – v. Los estados de una sustancia
sobre la línea triple tienen la misma presión y temperatura.

Fig 2. Superficie P-v-T de una sustancia que se contrae al congelarse. Se puede apreciar
la Línea Triple

Fig 3. Superficie P-v-T de una sustancia que se expande al congelarse. Se puede apreciar la
Línea Triple

Cuando se presentaalgún cambio de presión o temperatura, las sustancias pueden
cambiar de fase; a continuación se presenta un diagrama con los nombres que reciben
los diferentes procesos que se dan cuando ocurre un cambio de fase:

Fig 4. Cambios de Fase

CONCEPTOS NECESARIOS PARA EL ESTUDIO DE SUSTANCIAS PURAS
Así, en el estudio de las sustancias puras, debemos definir varios conceptos:
Temperatura de Saturación: Es latemperatura a la cual tiene lugar la
vaporización a una presión dada, la cual se denomina “Presión de Saturación”
para esa temperatura.

Liquido Saturado:

Se denomina así al estado de una sustancia pura cuando

existe como liquido a la temperatura y presión de saturación.

Liquido Subenfriado: Cuando la temperatura del liquido es menor que la
temperatura de saturación para la presión a la...