Sustancias puras

Páginas: 11 (2747 palabras) Publicado: 20 de febrero de 2014
Propiedades de las sustancias puras.

Problema Nº 1.

Un tanque rígido de 100 L contiene volúmenes iguales de líquido y vapor de freón-12 a 35ºC . Se añade freón al tanque hasta que su masa sea 80 Kg. Si la temperatura se mantiene constante.
a) ¿Cual es el volumen final que ocupa el líquido?
b) ¿Cuanta masa de freón entró al tanque?

Apliquemos la metodología planteada a lasolución de este problema.

1. Entender la situación física:

Se tiene un tanque rígido de 100 L con volúmenes iguales de líquido y vapor, es decir, ya define el estado inicial como una mezcla liquido-vapor.













Se inyecta freón 12 al tanque a través de una válvula hasta que la masa dentro del tanque sea 80 Kg. (estado final) a priori se desconocen las fases presentesen este estado. Aunque la pregunta dice el volumen ocupado por el líquido en el estado final, eso hay que verificarlo.

2. Hallar las restricciones.

El sistema es abierto porque entra freón 12, es decir, la masa no es constante. Hay más masa de freón 12 en el estado final.
El proceso es isotérmico y se lleva a cabo a 35 ºC.
Ambos estados están definidos, en el estado inicial se conoce latemperatura y el volumen del sistema pero como se sabe que esta en equilibrio liquido-vapor entonces las reglas de las fases de Gibbs nos dice que para una sustancia pura en dos fases en equilibrio se necesita un (1) grado de libertad, es decir, como se conoce la temperatura se puede conocer el resto de las variables (P por ejemplo). El estado final también esta definido allí se conoce latemperatura y con la masa total y el volumen del sistema se puede calcular el volumen específico y así conocer el resto de las variables, lo que falta verificar son las fases del sistema en el estado final.

3. Escoger los modelos 4. Identificar los datos 5. Aplicar los principios termodinámicos (Razonamiento integral).

Se debe utilizar las tablas de propiedades termodinámicas del freón 12 enunidades del sistema internacional.
Para el estado inicial se debe leer con la temperatura (35 ºC) en la tabla de saturación Vf y Vg . Con estos valores y los volúmenes de líquido (50 L) y vapor (50 L) se puede estimar la masa de líquido y la masa de vapor para dicho estado, al sumar ambas masas se obtiene la masa total.

y

masa total = m liquido + m vapor

Por ser elproceso isotérmico los valores de Vf y Vg son los mismos para el estado final, ahora se debe comprobar en que fase se encuentra el estado final. Se debe estimar con la masa total (80 Kg) y el volumen del sistema (100 L) el volumen específico final ().

= , este valor debe compararse con Vf y Vg y así determinar la fase en que se encuentra el estado final (usa un diagrama T vs )Si final > Vg el estado final es vapor sobrecalentado y la respuesta a la primera pregunta seria cero (0) volumen de liquido.
Si final < Vf el estado final es liquido subenfriado y el volumen ocupado por el liquido vendría dado por:
Vliquido = Vfinal x m final = 100 L (puede verificarlo)
Si Vf < final < Vg, , entonces el sistema esta como una mezcla liquido-vapor. Eneste caso, se debe calcular primero la calidad (X) del sistema según la ecuación:

final = Vg (X) + (1-X) Vf

Al obtener de aquí el valor de (X), la fracción de liquido será (1-X). Luego
(1-X) =

Con la masa total (80 Kg) y (1-X) se obtiene la masa de líquido, después con este valor y el volumen específico del líquido (Vf) se obtiene el volumen ocupado por el líquido.



Paraobtener la masa que entró al tanque debe restarse la masa final menos la masa inicial.

Masa entra = masa final – masa inicial.

6. Cálculo y análisis.

Una vez que logres llegar exitosamente a esta etapa, lo demás es carpintería, el cálculo no es lo más importante pero debes hacerlo bien.

Se busca en la tabla de temperatura del freón 12 (zona de saturación).
Temperatura
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