Universidad Tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Industrial

Licenciatura en Ingeniería Mecánica Industrial

Laboratorio 2
Tema: Sustancias Puras y procesos termodinámicos

Integrantes:
Helen Manzano 8-978-2154
Anel Pinto 8-990-2365
Daniela Vigil 8-1002-2368

Facilitadora:
Dra. Anet de Palma

Asignatura:
Termodinámica

Grupo:
1MI131

Fecha de entrega:
27/04/2024

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 Índice
Contenido
Índice........................................................................................................................ 2
Introducción............................................................................................................... 3
Objetivos del Experimento...........................................................................................4
Marco Teórico............................................................................................................5
Datos u observaciones.................................................................................................6
Cálculos y resultados gráficos......................................................................................7
Sección de preguntas............................................................................................. 17
Discusión.................................................................................................................20
Conclusiones............................................................................................................21
Bibliografía..............................................................................................................22

2
Introducción

El presente informe titulado "Sustancias Puras y Procesos Termodinámicos" aborda un

estudio detallado sobre el concepto de sustancia pura y los diversos procesos
termodinámicos que pueden experimentar. Se enfoca en la identificación de las diferencias
entre sustancias puras utilizando el software TermoGraf V5.7 y en la comprensión de sus
propiedades fundamentales. Además, se analiza el comportamiento de estos procesos en los
diagramas P-vs-T, T-vs-v y P-vs-v, proporcionando una visión integral de su dinámica.

En la primera fase del experimento, se procedió a la selección de diez sustancias para su

análisis, entre las cuales se incluyen agua, aceite, mercurio, alcohol, gasolina, diésel,
acetona, queroseno, glicerina y tetracloruro. Posteriormente, se utilizó el software
TermoGraf para generar gráficas representativas de cada sustancia en tres procesos
diferentes.

El procedimiento incluyó la selección de unidades adecuadas en el software, siguiendo las

indicaciones proporcionadas en la guía de laboratorio. Con la asistencia del software, se
presentaron tres procesos distintos en cada uno de los diagramas mencionados: un proceso
isométrico en el diagrama P-vs-T, un proceso isobárico en el T-vs-v y un proceso
isotérmico en el diagrama P-vs-v. Se completaron los datos requeridos en la tabla adjunta y
se incluyeron capturas de pantalla de cada gráfica junto con su respectivo proceso en los
anexos.

El análisis de los resultados se llevó a cabo mediante cálculos pertinentes y la respuesta a

las preguntas de análisis proporcionadas en la guía de laboratorio. Finalmente, se
discutieron los hallazgos obtenidos y se formularon conclusiones y recomendaciones
basadas en los resultados experimentales.

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Objetivos del Experimento

 Determinar la influencia de las propiedades intrínsecas de las sustancias puras en su

comportamiento termodinámico.
 Introducir el concepto de sustancia pura y los diferentes procesos termodinámicos
por los que pueden pasar.
 Identificar las diferencias sustancias puras en el software TermoGraf V5.7 y
conocer sus propiedades.
 Comparar las diferencias y similitudes entre los procesos termodinámicos.
 Validar las predicciones teóricas mediante la simulación computacional.
 Evaluar la utilidad y eficacia del software TermoGraf V5.7 como herramienta
didáctica.
 Identificar el comportamiento de los diferentes procesos termodinámicos y como se
ven en los diagramas P-vs-T, T-vs-v y P-vs-v.
 Explorar posibles aplicaciones prácticas de los conceptos estudiados.

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Marco Teórico
Sustancia pura: Es aquella que está formada por un solo tipo de partícula, sean átomos o
moléculas, y por ello, tiene las mismas propiedades en todas sus partes. Una sustancia pura
puede estar compuesta de un solo elemento químico o de mezclas homogéneas de varios
elementos, en una misma fase o en fases diferentes.

Leyes fundamentales de la termodinámica: son fundamentales para comprender el

comportamiento de las sustancias puras en diferentes condiciones.

 Primera Ley de la Termodinámica: Esta ley establece que la energía total de un

sistema termodinámico se conserva; es decir, la energía no puede ser creada ni
destruida, solo transformada de una forma a otra.
 Segunda Ley de la Termodinámica: Esta ley establece que el calor no puede fluir de
manera espontánea de un cuerpo frío a uno caliente, y que, en un sistema cerrado, la
entropía (una medida de la distribución de la energía en un sistema) tiende a
aumentar con el tiempo.
 Tercera Ley de la Termodinámica: Esta ley establece que es imposible alcanzar la
temperatura de cero absoluto mediante un número finito de procesos, y que todos
los sistemas en equilibrio a temperatura cero tienen la misma entropía.

Proceso Isobárico: En un proceso isobárico, la presión del sistema se mantiene constante

mientras cambian su volumen y temperatura. Esto significa que el sistema está en contacto
con un reservorio térmico (o entorno) que le permite intercambiar calor para mantener
constante la presión.

Proceso Isométrico o Isocórico: En un proceso isométrico, el volumen del sistema se

mantiene constante mientras cambian su presión y temperatura. Esto significa que no hay
intercambio de volumen entre el sistema y su entorno, por lo que el trabajo realizado por el
sistema es igual a cero.

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Proceso Isotérmico: En un proceso isotérmico, la temperatura del sistema se mantiene
constante mientras cambian su presión y volumen. Esto implica que el sistema está en
contacto con un reservorio térmico que le permite intercambiar calor para mantener
constante la temperatura.

Datos u observaciones

1. Cambios de fase: Las sustancias puras experimentan cambios de fase distintivos a

temperaturas y presiones específicas. Por ejemplo, el agua líquida se transforma en
vapor a 100°C a presión atmosférica, mientras que el hielo sólido se convierte en
agua líquida a 0°C bajo las mismas condiciones. Estos cambios de fase están
determinados por las propiedades intrínsecas de las sustancias y son fundamentales
para entender procesos como la evaporación, la condensación y la sublimación.
2. Diagramas de fases: Los diagramas de fases representan visualmente las
condiciones de temperatura y presión en las cuales una sustancia pura existe en un
estado específico (sólido, líquido o gas). Por ejemplo, el diagrama de fases del agua
muestra las líneas que separan las regiones de sólido, líquido y gas, así como los
puntos triples y críticos donde coexisten múltiples fases.
3. Ciclos termodinámicos: Los procesos termodinámicos, como la compresión,
expansión, calentamiento y enfriamiento, se pueden representar mediante ciclos
termodinámicos en diagramas de propiedades. Por ejemplo, el ciclo de Carnot es un
modelo idealizado que describe la eficiencia máxima posible de un motor térmico
que opera entre dos fuentes de calor a diferentes temperaturas.
4. Leyes de la termodinámica: Las leyes de la termodinámica, como la conservación
de la energía y el aumento de la entropía, son fundamentales para comprender y
predecir el comportamiento de las sustancias puras y los procesos termodinámicos.
Estas leyes proporcionan los fundamentos teóricos para el diseño y la optimización
de sistemas energéticos y procesos industriales.

5. Aplicaciones prácticas: Los principios de las sustancias puras y los procesos

termodinámicos tienen numerosas aplicaciones en la vida cotidiana y en la industria,

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 incluyendo la refrigeración, la generación de energía, la producción de alimentos y
productos químicos, y el diseño de motores y sistemas de climatización.

Cálculos y resultados gráficos

Sustancia Composición Presión del punto Temperatura del Estado de la materia a

química crítico (kPa) punto crítico (°C) condiciones ambientales
Agua H2O 2250.5 647.127 humedecerse
Amoniaco NH3 11627 133.65 Es utilizado para limpiar
Butano C4H10 3718.1 150.8 Es utilizado para cocinar
Dióxido de CO2 7383.5 31.06 Regular la temperatura de
carbono superficie de la Tierra
Aire N2 (78%), O2 3774.36 -140.65 Ayudar a generar
(20%), combustión
otros (2%)
Oxigeno O 5042 -118.57 Se suele encontrar en
estado gaseoso.
Etano C2H6 5010 32.73 se encuentra comúnmente
en forma gaseosa

Metano CH4 4598 -82.5 Estado gaseoso: A

temperatura ambiente y
presión atmosférica
estándar
Butano C4H10 3718 150.8 gaseoso a temperatura y
presión ambiente.

Etileno C2H4 5075 9.5 es gaseoso a temperatura

ambiente y presión
atmosférica estándar.

Tabla 1. Características de las sustancias escogidas de TermoGraf V5.7.

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Tabla 2. Propiedades termodinámicas de los procesos graficados.

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Gráficos

Grafica.1 Agua P vs V

Grafica.2 Agua P vs T

Grafica.3 agua T vs V

9
Grafica.4 amoniaco P vs V

Grafica
.5 amoniaco P vs T

Grafica.6 amoniaco T vs V

10
Grafica.7 Butano P vs V

Grafica.8 butano P vs V

Grafica.9 butano T vs V

11
Grafica.10 dióxido de carbono P vs T

Grafica.11 dióxido de carbono T vs V

12
Grafica.12 Aire P vs T

Grafica.13 Aire T vs V

Grafica.14 Aire P vs V

13
Grafica 15 AguaP vs T

Grafica 16 Agua T vs v

Grafica 17 Agua P vs v

14
Grafica 18 Metano P vs T

Grafica 19 Metano T vs v

Grafica 20 Metano P vs v

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Grafica 21 R134-A P vs T

Grafica 22 R134-A T vs v

Grafica 23 R134-A P vs v

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Sección de preguntas
1. Investigar los usos de las 10 sustancias seleccionadas en la Tabla 1 en tu carrera.
Agua
a) Generación de energía: El agua es un componente clave en la generación de energía
en plantas termoeléctricas y centrales hidroeléctricas En las centrales
hidroeléctricas, el agua se utiliza para mover turbinas hidráulicas que convierten la
energía cinética del agua en energía mecánica, la cual luego se convierte en energía
eléctrica.
b) Transporte de fluidos y materiales: El agua se utiliza como medio de transporte en
sistemas de tuberías para mover fluidos como aceites, combustibles, productos
químicos y otros materiales en procesos industriales.
c) Enfriamiento de sistemas y maquinaria: El agua se utiliza como refrigerante en
sistemas mecánicos e industriales para disipar el calor generado por motores,
equipos eléctricos, compresores y otros dispositivos.

Aire
a. Procesos de secado y enfriamiento: El aire se utiliza en procesos de secado y
enfriamiento en la industria para eliminar la humedad de materiales y productos, así
como para controlar la temperatura en diversos procesos de fabricación.
b. Control de procesos: El aire se emplea en la automatización y control de procesos
industriales, actuando como medio para operar válvulas, cilindros y otros
dispositivos neumáticos.

Amoniaco
a) Refrigeración: Se utiliza en refrigeradores industriales, sistemas de aire
acondicionado y sistemas de refrigeración para procesos industriales, debido a sus
propiedades de alta capacidad de refrigeración y eficiencia energética.
b) Procesos de fabricación: El amoníaco se utiliza en diversos procesos de fabricación
industrial, como la producción de plásticos, explosivos, productos farmacéuticos y
productos químicos diversos.

Dióxido de Carbono
a. Enfriamiento Criogénico: El CO2 se utiliza en sistemas criogénicos para el
enfriamiento de equipos y procesos industriales, como en la industria alimentaria
para la congelación de alimentos y en aplicaciones de enfriamiento en la producción
de materiales avanzados.
b. Proceso de Soldadura y Corte: El CO2 se utiliza ampliamente en procesos de
soldadura y corte, como la soldadura por arco con gas de protección de CO2
(GMAW) o MIG/MAG. En este proceso, se utiliza CO2 como gas de protección
para proteger el metal fundido de la oxidación durante la soldadura.

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 Nitrógeno
a) Pruebas de Presión y Fuga: El nitrógeno se utiliza en pruebas de presión y pruebas
de fuga para verificar la integridad y la estanqueidad de los sistemas y equipos.
b) Corte Térmico: El nitrógeno se utiliza en procesos de corte térmico, como el corte
por plasma, para eliminar material de piezas metálicas.

Oxigeno
a. Soldadura de Oxígeno-Acetileno: Junto con el acetileno u otro gas combustible, el
oxígeno se utiliza para generar una llama de alta temperatura que funde los metales
a unir, creando una unión fuerte y duradera.
b. Tratamiento Térmico: El oxígeno se utiliza en procesos de tratamiento térmico,
como el temple y el revenido, para endurecer y fortalecer materiales metálicos.

Etano
a) Gas refrigerante: El etano se utiliza como refrigerante en sistemas de refrigeración y
aire acondicionado.
b) Combustible: El etano se utiliza como combustible en varios procesos industriales,
como calderas, hornos y sistemas de generación de energía.

Metano
a. Calefacción y secado industrial: El metano se utiliza en aplicaciones industriales
para calefacción de hornos, secado de productos y calentamiento de procesos.
b. Almacenamiento de energía: El metano se puede utilizar como medio para
almacenar y transportar energía en forma de gas natural comprimido (GNC) o gas
natural licuado (GNL).

Butano
a) Aplicaciones de corte y soldadura: El butano se utiliza en procesos de corte y
soldadura oxiacetilénica como gas combustible junto con oxígeno.
b) Secado de productos y procesos: El butano se utiliza en aplicaciones industriales
para el secado de productos y procesos donde se requiere un calor suave y
controlado.

Etileno
a. Producción de Polímeros: El etileno es la materia prima fundamental para la
producción de una amplia variedad de polímeros, incluyendo el polietileno de alta y
baja densidad (HDPE y LDPE), el polipropileno (PP) y el cloruro de polivinilo
(PVC).
b. Proceso de Soldadura con Plástico: En aplicaciones de ingeniería mecánica que
involucran la soldadura de plásticos, el etileno se puede utilizar en procesos de
soldadura por calor para unir piezas de plástico.

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2. ¿Son todas las sustancias proporcionadas por el software sustancias puras? En caso
afirmativo, ¿por qué se prefieren en el estudio de la termodinámica en lugar de las
mezclas?
 Sí, todas las sustancias proporcionadas son sustancias puras, esto se puede
preferir debido a que las sustancias puras tienen propiedades termodinámicas
bien definidas y predecibles, lo que facilita el análisis y la comprensión de los
procesos termodinámicos, además estas sustancias permiten una modelización
más precisa de los procesos termodinámicos, ya que se pueden aplicar las leyes
fundamentales de la termodinámica de manera más directa.

3. Explique la diferencia entre un proceso isotérmico y un proceso adiabático.

 En un proceso isotérmico, la temperatura del sistema se mantiene constante en
todo momento gracias a un intercambio continuo de calor con su entorno. Este
intercambio de calor equilibra completamente la energía térmica agregada o
eliminada con el trabajo realizado por el sistema o sobre él. Por otro lado, en un
proceso adiabático, no hay transferencia de calor entre el sistema y su entorno.
Esto implica que cualquier cambio en la energía interna del sistema se debe
únicamente al trabajo realizado sobre él o por él. Como resultado, la temperatura
del sistema puede cambiar durante el proceso, ya que no hay compensación
mediante la transferencia de calor.

4. ¿Cuáles son las características de una sustancia en condiciones supercrítica? ¿En cuál
fase se encontraría?
 Una sustancia en condiciones supercríticas se caracteriza por estar por encima
de su punto crítico, donde la distinción entre líquido y gas desaparece. En este
estado, la sustancia exhibe propiedades intermedias entre líquido y gas, como
densidad y viscosidad similares a las de un líquido, pero con la capacidad de
difundirse como un gas. Por lo tanto, se encuentra en una fase supercrítica que
no se puede clasificar claramente como líquido ni como gas.

5. ¿Cuál es la importancia de la ley de conservación de la energía en la comprensión y

análisis de los procesos termodinámicos?
 La ley de conservación de la energía es fundamental porque establece que la
energía total de un sistema aislado permanece constante. Esta ley nos permite
entender cómo se intercambia la energía entre diferentes formas (como calor y
trabajo) durante los procesos termodinámicos, lo que nos ayuda a predecir y
explicar los cambios en la energía interna, la temperatura y otras propiedades
del sistema a medida que experimenta transformaciones.

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Discusión
Daniela Vigil: Bueno, durante el laboratorio aprendí mucho sobre cómo las sustancias
cambian su comportamiento en diferentes condiciones de temperatura y presión. Fue
interesante ver cómo las sustancias puras, como el agua o el aire, responden a cambios en
su entorno.
Anel Pinto: Sí, estoy de acuerdo. También me sorprendió cómo podemos aplicar los
principios de la termodinámica para predecir y entender el comportamiento de los sistemas.
Por ejemplo, calcular la entalpía de una reacción o determinar la capacidad calorífica de
una sustancia nos ayuda a comprender mejor cómo fluye la energía en un sistema.
Helen Manzano: Además, creo que el laboratorio nos brindó una experiencia práctica
invaluable. Pudimos trabajar con equipos especializados y realizar mediciones precisas, lo
cual es crucial para entender y aplicar los conceptos teóricos que aprendemos en clase.

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Conclusiones
En conclusión, mediante la experimentación y análisis de los procesos termodinámicos
básicos utilizando el software TermoGraf V5.7, se pudo observar cómo las sustancias puras
responden a cambios en presión, temperatura y volumen. Se identificaron las diferencias
entre procesos isométricos, isobáricos e isotérmicos, así como la influencia de las
propiedades intrínsecas de las sustancias en su comportamiento. La visualización de los
datos en los diagramas P-vs-T, T-vs-v y P-vs-v proporcionó una comprensión más clara de
la relación entre las variables termodinámicas. Este experimento demostró la utilidad del
software como herramienta didáctica y de análisis en el estudio de la termodinámica,
destacando su capacidad para simular y visualizar procesos complejos de manera efectiva.
– Daniela Vigil 8-1002-2368
En conclusión, el estudio de las sustancias puras y los procesos termodinámicos nos
proporciona una comprensión fundamental de cómo interactúan y se transforman diferentes
estados de la materia en diversas condiciones. A través de la aplicación de principios
termodinámicos, como la conservación de la energía y la entropía, podemos analizar y
predecir los cambios de fase, las propiedades térmicas y las relaciones de equilibrio en
sistemas que involucran sustancias puras. Además, estos conceptos son fundamentales para
comprender y diseñar procesos industriales eficientes, desde la refrigeración y la
generación de energía hasta la producción de productos químicos y farmacéuticos. En
última instancia, el estudio de las sustancias puras y los procesos termodinámicos nos
proporciona las herramientas necesarias para abordar una amplia gama de desafíos
científicos y tecnológicos en el campo de la termodinámica y más allá.
– Anel Pinto 8-990-2365
En conclusión, un laboratorio de Sustancias Puras y procesos termodinámicos es
fundamental para comprender y aplicar los principios fundamentales de la termodinámica
en el estudio y análisis de sistemas físicos y químicos. A través de experimentos y
mediciones precisas, se puede investigar cómo diferentes sustancias reaccionan ante
cambios de temperatura, presión y volumen, así como cómo se comportan en estados de
equilibrio y no equilibrio. Este laboratorio proporciona una plataforma para explorar
conceptos clave como entalpía, entropía, energía interna y trabajo, permitiendo a los
estudiantes y científicos adquirir una comprensión profunda de los procesos
termodinámicos y su aplicación en una amplia gama de campos, desde la ingeniería hasta la
biología. Además, facilita el desarrollo de habilidades prácticas y analíticas que son
esenciales para la investigación y el diseño de sistemas eficientes y sostenibles. En
resumen, el laboratorio de Sustancias Puras y procesos.
– Helen Manzano 8-978-215

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Bibliografía

Álvarez, D. O. (2021, 16 julio). Sustancia Pura - Concepto, tipos, ejemplos y mezclas.

Concepto. https://concepto.de/sustancia-pura/

Mercado, F. (2017, 19 marzo). Sustancias puras - thefinitelement.com.

https://www.thefinitelement.com/sustancias-puras

Glaciar Ingeniería. (2023, 24 noviembre). ¿Qué son los procesos isotérmicos y

adiabáticos? Glaciar Ingeniería S.A.S. https://glaciaringenieria.com.co/los-

procesos-isotermicos-adiabaticos/

Reyes Vargas, J. (s/f). Sustancias Supercríticas. Universidad de Sevilla. Recuperado de

https://idus.us.es/bitstream/handle/11441/82249/JOS%C3%89%20REYES

%20VARGAS.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Matan. (2023, 21 septiembre). ¿Qué es la conservación de energía y por qué es

importante? Electricity - Magnetism. https://www.electricity-magnetism.org/es/que-

es-la-conservacion-de-energia-y-por-que-es-importante/#:~:text=La%20conservaci

%C3%B3n%20de%20la%20energ%C3%ADa,de%20una%20forma%20a%20otra.

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