Propiedades volumétricas de fluidos

La aplicación del Principio de Conservación de la Energía a un sistema de interés requiere el conocimiento de las propiedades del sistema y de cómo se relacionan estas propiedades. Por lo tanto, las relaciones entre propiedades son especialmente relevantes para la termodinámica y la ingeniería. El estado de un sistema cerrado en equilibrio se describe por los valores de sus propiedades termodinámicas. A partir de la observación de muchos sistemas, se sabe que no todas estas propiedades son independientes entre sí, y el estado se puede determinar únicamente dando los valores de las propiedades que son independientes. Los valores de todas las demás propiedades termodinámicas se pueden determinar una vez especificado este subconjunto independiente.

Para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería, nos interesa el comportamiento de las propiedades intensivas y extensivas de los sistemas. De particular interés son los sistemas de las sustancias más comunes, como el agua, el aire o una mezcla uniforme de gases no reactivos. Estos sistemas se denominan sistemas compresibles simples. La experiencia muestra que el modelo de sistema compresible simple es útil en una amplia gama de aplicaciones de ingeniería.

Por ejemplo, en el caso de un gas, la temperatura y otra propiedad intensiva, como el volumen específico, podrían seleccionarse como las dos propiedades independientes. A continuación, el principio de estado afirma que la presión, la energía interna específica y todas las demás propiedades intensivas pertinentes podrían determinarse como funciones de T y v: p = p (T, v), u = u (T, v), etc. Las relaciones funcionales entre propiedades se desarrollarían utilizando datos experimentales y dependerían de la identidad química de las sustancias que componen el sistema.

Por lo tanto, para una cantidad determinada de sustancia contenida en un sistema, la temperatura, el volumen y la presión no son cantidades independientes, sino que están conectados por una relación de la forma general

F (p, V, T) = 0

A la ecuación utilizada para modelar esta relación se la denomina ecuación de estado.

Lectura adicional sobre ecuación de estado.

Sustancias puras

Esta sección se refiere a las propiedades termodinámicas de los sistemas compresibles simples que consisten en sustancias puras. Una sustancia pura es una sustancia de composición química uniforme e invariable.

Por favor, vea el siguiente vídeo: Ecuación de Estado Térmica

Este video trata de las propiedades de las sustancias compresibles puras y simples y las relaciones entre las propiedades presión, volumen específico, y la temperatura. A partir del experimento aprenderemos que la temperatura y el volumen específico pueden considerarse independientes, y la presión determinada como una función de estos dos: p = p (T, v). El gráfico de una función de este tipo es una superficie, la superficie p-v-T.

Autoevaluación:

Una vez que haya visto el video completo, tal vez usted esté interesado en comprobar si los conceptos principales están claros. Aquí tiene algunos cuestionarios de autoevaluación. Si quiere recordar algunos aspectos concretos, puede ver el corte del video correspondiente a cada nivel del cuestionario.

¿Está interesado en leer con más calma los conceptos desarrollados en el video?

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Sistemas multicomponentes (Mezclas)

Sin embargo, muchas de las aplicaciones de la termodinámica a la ingeniería se hacen en los sistemas en donde gases o líquidos de múltiples componentes experimentan cambios en su composición como resultado de procesos de mezcla o de separación, por la transferencia de especies de una fase a la otra o por alguna reacción química. Las propiedades de estos sistemas dependen de la composición, así como de la temperatura y la presión.

Cuando se establece una situación de equilibrio entre las fases líquida y gas (o vapor) en estos sistemas multicomponentes, se habla del denominado equilibrio líquido vapor.

Lectura adicional sobre equilibrio líquido vapor.