Procesos termicos

 CAPITULO 1
CONCEPTOS BASICOS DE UNA SUBSTANCIA PURA

1.1 La substancia pura:
Una sustancia pura es aquella que tiene una composición química homogénea e invariable.
Puede existir en más de una fase, pero su composición química es la misma en todas las fases. O sea, que el agua líquida, una mezcla de agua líquida y vapor, o una mezcla de hielo y agua líquida son todas ellas substanciaspuras y para cada fase tienen la misma composición química. Por otro lado, una mezcla de aire líquido y aire gaseoso, no es una substancia pura, puesto que la composición de la fase líquida difiere de la fase de vapor.
Algunas veces, una mezcla de gases, como el aire, se considera como substancia pura, mientras no sufra cambio de fase. Estrictamente hablando, esto no es verdad, pero exhiben algunascaracterísticas de las substancias puras mientras no haya cambio de fase. El aire al estar sometido a cambios de estado absorbe o cede humedad del entorno, a pesar de ello y de forma frecuente es considerado una sustancia pura por constituirse de una mezcla inerte de N2, O2 y otras moléculas que no se ven alteradas por la humedad.(1.1)

1.2 Las propiedades de las sustancias puras y laindependencia termodinámica:
Como resumen del postulado de estado, para determinar cualquier estado de una sustancia pura son necesarias y suficientes dos propiedades intensivas termodinámicamente independientes. Esta afirmación plantea la necesidad de un método para determinar la independencia termodinámica entre propiedades.
Esta independencia termodinámica de las propiedades puede establecerse parauna zona (regiones con una fase o con coexistencia de fases) o para un estado, al identificar la relación existente entre tres propiedades conocidas en dicha sustancia. (2.1)

1.3 Fase de equilibrio vapor – líquido – sólido en una substancia pura:
Consideremos un sistema de 1 Kg. de agua contenido dentro de un recipiente en forma de cilindro y embolo. Supongamos que el embolo con las pesasmantienen una presión de 1.033 Kg. /cm2 y que la temperatura inicial sea de 15.6 ºC. La temperatura del agua aumenta en forma apreciable, por lo tanto el volumen específico aumenta ligeramente y la presión permanece constante. Cuando la temperatura alcanza los 100 ºC resultará una transmisión de calor adicional, en el cambio de fase, como se indica en la figura 1.1.







Figura 1.1
Lo queesta pasando dentro de este cilindro, es que parte del líquido se evapora y durante el proceso la temperatura y la presión permanecen constante, pero el volumen específico aumenta considerablemente. Cuando la última gota de líquido se ha evaporado, la transmisión de calor se traduce en un aumento de la temperatura y del volumen específico del vapor.

El termino temperatura de saturación designala temperatura en la cuál se efectúa la vaporización a una presión dada. Por lo tanto, para el agua a 100 ºC, la presión de saturación es de 1.033 Kg. /cm2 y para el agua a 1.033 Kg. /cm2 la temperatura de saturación es de 100 ºC
Si una substancia existe como líquido a la temperatura y presión de saturación, se llama líquido saturado. Si la temperatura es más baja que la de saturación se llamalíquido subenfriado (implica que la temperatura es menor que la temperatura de saturación para la presión dada) o un líquido comprimido (lo que implica que la presión es mayor que la presión de saturación para la temperatura dada).
Cuando existe una substancia, una parte en forma líquida y otra como vapor a la temperatura de saturación, se define su calidad como la proporción de la masa de vapor ala masa total. Por ejemplo si la masa de vapor es de 0.3 Kg. y la masa del líquido es 0.7 Kg. la calidad es 0.3 o 30 %. Esta puede considerarse como una propiedad intensiva y tiene el símbolo x, la palabra calidad solo tiene sentido cuando las substancias se hallan en un estado saturado; esto es, a presión y temperatura de saturación.
Si la substancia solo existe como vapor a la temperatura de...