Propiedades De Los Fluidos Puros

INDICE

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

DIAGRAMAS DE ESTADO Y DIAGRAMAS DE FASE

TEORÍA CINÉTICA DE GASES IDEALES

BIBLIOGRAFÍA

RESUMEN

Los fluidos, como todos los materiales, tienen propiedades físicas que permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento así como distinguirlos de otros.

Algunas de estas propiedades son exclusivas de los fluidos y otras son típicas de todas las sustancias. Características como la viscosidad, tensión superficial y presión de vapor, solo se pueden definir en los líquidos y gases. Sin embargo la masa específica, el peso específico y la densidad son atributos de cualquier materia.

Masa específica, peso específico y densidad

Se denomina masa específica a la cantidad de materia por unidad de volumen de una sustancia. Se designa por P y se define: P=lim(m/v) v->0

El peso específico corresponde a la fuera con que la Tierra atrae a una unidad de volumen.

Se denomina densidad a la relación que exista entre la masa específica de una sustancia cualquiera y una sustancia de referencia. Para los líquidos se utiliza la masa especifica del agua a 4°C como referencia, que corresponde a 1g/cm3 y para los gases se utiliza al aire con masa específica a 20°C 1 1,013 bar de presión es 1,204 kg/m3.

Viscosidad

La viscosidad es una propiedad distintiva de los fluidos, ligada a la resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le somete a un esfuerzo de corte.

Compresibilidad

La compresibilidad representa la relación entre los cambios de volumen y los cambios de presión a que está sometido un fluido.

INTRODUCCIÓN

Son escasos los estudios sobre las teorías cinéticas formuladas antes de que las contribuciones de Maxwell y Boltzmann a finales del siglo XIX, establecieran el marco teórico actual de dicha disciplina.

La Teoría Cinética de Gases (TCG), aunque históricamente anterior a la Termodinámica Estadística (TE), es de hecho una parte más de ésta. La TCG comparte objetivos y procedimientos con la TE: explicar las propiedades macroscópicas a partir de las microscópicas haciendo uso de la estadística. Lo que particulariza a la TCG es el hecho de centrarse en explicar las propiedades de los gases (en particular los gases ideales) a partir de las propiedades cinéticas de sus constituyentes (átomos o moléculas).

La TCG tiene sus raíces en los trabajos de Bernouille llevados a cabo alrededor de 1738 y fue desarrollada por Maxwell, Clausius y Boltzmann entre los años 1858 y 1868. La formulación de la TE que hemos estudiado surge a principios del siglo XX con los trabajos de Gibbs y es por tanto posterior. Sin embargo, los conocimientos que ya hemos adquirido de TE nos van a permitir hacer una presentación de la TCG más sencilla y directa que la que se ciñe al desarrollo histórico.

Puesto que la TCG surge para explicar las propiedades de los gases, donde las energías de interacción intermoleculares suelen ser pequeñas, se centra en las propiedades cinéticas de las moléculas o átomos que los forman, es decir, en sus velocidades y en cómo éstas determinan las propiedades del gas. Puesto que ya hemos analizado, desde la TE, las propiedades termodinámicas, en este capítulo nos centraremos en las propiedades mecánicas (especialmente colisiones) y en su dependencia con la velocidad molecular.

DIAGRAMAS DE ESTADO Y DIAGRAMA DE FASE1

Los diagramas de estado permiten representar los distintos cambios de estado que experimentan las sustancias. Estos son los diagramas P-v y T-v. El diagrama de fase únicamente representa las tres fases para cualquier sustancia. Este es el diagrama P-T.

Diagrama T-v

El diagrama T-v se obtiene de la proyección de la superficie PvT (Figura 1.28) en el plano T-v. La proyección resultante sobre un plano paralelo a los ejes T-v se muestra en la Figura 1.29. En este diagrama tanto las regiones de una y dos fases aparecen como áreas.

Fig. 1.28 Superficie P-v-T de una sustancia que se expande al congelarse (como el agua).

Es común que dos fases estén en equilibrio, pero en algunas condiciones las tres fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. En los diagramas P-v o P-T, estos estados de fase triple forman la línea triple. Los estados de una sustancia sobre la línea triple tienen la misma presión y temperatura, pero diferentes volúmenes específicos. La línea triple aparece como un punto sobre los diagramas P-T y, por tanto, suele denominarse punto triple.

Fig. 1.29 Figura T-v de una sustancia pura.

Los estados de líquido saturado en la Figura 1.29 pueden conectarse mediante una línea, línea de líquido saturado, y los estados de vapor saturado en la misma figura pueden conectarse mediante la línea de vapor saturado. Estas dos líneas se alcanzan en el punto crítico, formado un domo como muestra la Figura 1.29. El punto crítico se define como el punto al cual los estados de líquido saturado y de vapor saturado son idénticos. La temperatura, la presión y el volumen específico de una sustancia en el punto crítico se denominan, temperatura crítica Tcr , presión crítica Pcr y volumen específico crítico vcr. Las propiedades del punto crítico del agua son Pcr=22.09 Mpa, Tcr=374.14 ºC y vcr=0.003155 m3/kg.

Diagrama P-v

El diagrama P-v se obtiene de la proyección de la superficie P-v-T (Figura 1.28) en el plano P-v (Figura 1.30). La forma general del diagrama P-v de una sustancia pura es similar al diagrama T-v, pero las líneas de T=constante sobre este diagrama presentan una tendencia hacia abajo, como muestra la Figura 1.30.

Tanto en el diagrama T-v como en el diagrama P-v las regiones de una y dos fases aparecen como áreas. La línea de líquido saturado representa los estados de la sustancia tales que cualquier adición infinitesimal de energía a la sustancia a presión constante cambiará una pequeña fracción de líquido en vapor. De modo semejante, al sustraer energía de la sustancia en cualquier estado que cae dentro de la línea de vapor saturado origina una condensación del vapor, mientras que la adición de energía sobrecalienta al vapor. La región de dos fases, que se denomina líquido y vapor saturados y que queda entre las líneas de líquido saturado y vapor saturado, generalmente se llama región húmeda o bóveda

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