Este documento describe varios estados termodinámicos de saturación para el agua, incluyendo líquido subenfriado, vapor sobrecalentado y la curva de saturación. Explica conceptos como el punto crítico, punto triple y diagramas de estado como funciones de la presión y la temperatura. El objetivo es conocer estos estados termodinámicos de saturación para el agua y comprender los esquemas de la campana de saturación.
Este documento describe varios estados termodinámicos de saturación para el agua, incluyendo líquido subenfriado, vapor sobrecalentado y la curva de saturación. Explica conceptos como el punto crítico, punto triple y diagramas de estado como funciones de la presión y la temperatura. El objetivo es conocer estos estados termodinámicos de saturación para el agua y comprender los esquemas de la campana de saturación.
Este documento describe varios estados termodinámicos de saturación para el agua, incluyendo líquido subenfriado, vapor sobrecalentado y la curva de saturación. Explica conceptos como el punto crítico, punto triple y diagramas de estado como funciones de la presión y la temperatura. El objetivo es conocer estos estados termodinámicos de saturación para el agua y comprender los esquemas de la campana de saturación.
Este documento describe varios estados termodinámicos de saturación para el agua, incluyendo líquido subenfriado, vapor sobrecalentado y la curva de saturación. Explica conceptos como el punto crítico, punto triple y diagramas de estado como funciones de la presión y la temperatura. El objetivo es conocer estos estados termodinámicos de saturación para el agua y comprender los esquemas de la campana de saturación.
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Objetivos:
Conocer algunos estados termodinmicos de saturacin para el agua.
Investigar esquemas de la campana de saturacin para el agua con los estados termodinmicos. Base Terica: SUSTANCIA PURA. Una sustancia que tiene una composicin qumica fija en cualquier parte se llama sustancia pura. El agua, el nitrgeno, el helio y el dixido de carbono, por ejemplo, son sustancias puras. Una sustancia pura no tiene que estar conformada por un solo elemento o compuesto qumico. Una mezcla de varios de stos tambin califica como una sustancia pura siempre y cuando la mezcla sea homognea. El aire, por ejemplo, es una mezcla de varios gases, pero con frecuencia se considera como una sustancia pura porque tiene una composicin qumica uniforme Sin embargo, la mezcla de aceite y agua no es una sustancia pura, ya que el aceite no es soluble en agua, por lo que se acumula en la superficie y se forman dos regiones qumicamente distintas. CAMBIOS DE FASE. Existen en la naturaleza muchas situaciones en que dos fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. El agua existe como lquido y vapor dentro de una olla de presin. El agua slida o hielo a la temperatura y presin normales del ambiente comienza su proceso de condensacin. A pesar de que todas las fases de las sustancias son importantes, solo se estudiarn las fases lquido y vapor y su mezcla. En el estudio de la sustancia pura se toma como ejemplo el agua por ser una sustancia muy familiar. TABLAS DE PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS: Para la mayora de las sustancias las relaciones entre las propiedades termodinmicas son demasiado complejas, como para expresarse por medio de ecuaciones simples. Por tanto, las propiedades se presentan en la forma de tablas. Algunas propiedades termodinmicas pueden medirse con finalidad pero con otras no es posible hacerlo de manera directa y se calculan mediante las relaciones que las vinculan con propiedades medibles. Los resultados de estas mediciones y los clculos se presentan en tablas con un formato conveniente. LQUIDO SUBENFRIADO: Es cuando una sustancia a una presin determinada, la temperatura a la cual se encuentra es menor que la temperatura de saturacin. O tambin que a una temperatura determinada, la presin es mayor que la presin de saturacin, en cualquiera de esas condiciones se encuentra en liquido subenfriado. Un ejemplo es el agua, a la presin atmosfrica (1 atm) la temperatura de saturacin es 100 C, pero si el agua se encontrara a 90 C, esta se encontrara subenfriada.
VAPOR SOBRECALENTADO: Es cuando una sustancia a una presin determinada, posee una temperatura mayor a la temperatura de saturacin. Tambin puede ser que a una temperatura determinada, posea una presin menor a la temperatura de saturacin, en cualquiera de esas condiciones se cumple vapor sobrecalentado. Ejemplo el agua a presin ambiente (1atm) si tuviera 110C, se encontrara sobrecalentada.
CURVA DE SATURACION: Es la curva de equilibrio, entre los estados termodinmicos de una sustancia, es decir, donde se ubicara el estado lquido saturado y vapor saturado, corresponde al domo termodinmico.
PUNTO CRTICO: Es un punto termodinmico donde una sustancia se encuentra en su presin crtica y su temperatura critica, las sustancias en su punto crticos se comportan como gases ideales.
PUNTO TRIPLE: Es el punto donde convergen todos los estados de la materia, es decir, es el punto donde se interceptan las curvas de lquido, vapor y gas de una sustancia.
BAJAS PRESIONES: Son aquellas presiones que se encuentran por debajo de la presin de saturacin de una sustancia.
ALTAS TEMPERATURAS: Son aquellas temperaturas que se encuentran por encima de la temperatura de saturacin de una sustancia. TEMPERATURA DE SATURACIN Y PRESIN DE SATURACIN. La temperatura y presin de saturacin son aquellas en donde ocurre la ebullicin de una sustancia pura. Para una presin de saturacin existe un nico valor de temperatura de saturacin y viceversa. Para el agua, a una presin de 101.35 kPa la temperatura de saturacin es 100C. En sentido inverso, a una temperatura de 100C la presin de saturacin es 101.35 kPa. La grfica de Psat contra Tsat da una curva caracterstica para cada sustancia pura y se conoce como curva de saturacin de lquido-vapor. Figura 1.27.
En la Figura 1.27 se puede observar que la temperatura de saturacin aumenta con un incremento de la presin. DIAGRAMAS DE ESTADO Y DIAGRAMA DE FASE. 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 nicamente representa las tres fases para cualquier sustancia. Este es el diagrama P-T. Diagrama T-v El diagrama T-v se obtiene de la proyeccin de la superficie PvT (Figura 1.28) en el plano T-v. La proyeccin 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 reas.
Fig. 1.28 Superficie P-v-T de una sustancia que se expande al congelarse (como el agua). Es comn que dos fases estn 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 lnea triple. Los estados de una sustancia sobre la lnea triple tienen la misma presin y temperatura, pero diferentes volmenes especficos. La lnea triple aparece como un punto sobre los diagramas P-T y, por tanto, suele denominarse punto triple.
Los estados de lquido saturado en la Figura 1.29 pueden conectarse mediante una lnea, lnea de lquido saturado, y los estados de vapor saturado en la misma figura pueden conectarse mediante la lnea de vapor saturado. Estas dos lneas se alcanzan en el punto crtico, formado un domo como muestra la Figura 1.29. Diagrama P-v El diagrama P-v se obtiene de la proyeccin 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 lneas 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 reas. La lnea de lquido saturado representa los estados de la sustancia tales que cualquier adicin infinitesimal de energa a la sustancia a presin constante cambiar una pequea fraccin de lquido en vapor.
Diagrama P-T La Figura 1.31 muestra el diagrama P-T de una sustancia pura, llamado diagrama de fase puesto que las tres fases se separan entre s mediante tres lneas.
Resulta de la proyeccin de la superficie PvT de una sustancia sobre el plano P-T. La lnea de sublimacin separa las regiones slida y de vapor, la lnea de vaporizacin divide las regiones lquida y de vapor, y la lnea de fusin separa las regiones slida y lquida. Estas tres lneas convergen en el punto triple, donde las tres fases coexisten en equilibrio. La lnea de vaporizacin finaliza en el punto crtico porque no se pueden distinguir las fases lquida y de vapor arriba del punto crtico. Conclusiones: Conocemos algunos estados termodinmicos de saturacin para el agua y con su respectivo uso de tablas para la resolucin de ejercicios. Investigamos los diferentes esquemas que aparecen de la campana de saturacin para el agua con los estados termodinmicos.