Diagramas de fase para sustancias puras y ecuaciones de estado de gas ideal
Conceptos previos
Substancia pura
Es aquella que tiene una composición química fija en cualquier
parte y es homogénea. El agua y gases como el nitrógeno, helio y el
aire gaseoso son ejemplos de substancias puras.
Características de los sólidos
Tienen formas determinadas y sus moléculas o átomos quedan
en posiciones fijas y se requiere de una alta energía para lograr
un cambio de fase.
Características de los líquidos
Un líquido se define como aquel que adquiere el volumen y
forma del recipiente que lo contiene y que tiene la capacidad
de fluir.
Características de los gases
Un gas ocupa todo el volumen que lo contiene, ya
que las moléculas están bastante alejadas en
comparación al estado sólido o líquido.
Procesos con cambios de estado.
Fusión
Cambio de fase de solido a líquido.
Evaporación
Cambio de fase de líquido a gas.
Condensación
Cambio de fase de gas a líquido.
Solidificación
Cambio de fase de líquido a sólido.
Sublimación
Cambio de fase de sólido a gas.
Comportamiento del agua a diferentes temperaturas
El estado (2) es un líquido
saturado.
El proceso de (2) a (3) muestra
un vapor húmedo.
El estado (3) es un
vapor saturado.
El proceso de (3) a (4) representa un
vapor sobrecalentado.
El proceso de (1) a (2)
representa un líquido
comprimido.
Diagramas
Diagrama Presión Temperatura (P – T)
Cuando se grafican los valores de temperatura y
presión la curva que se genera es como la mostrada
en la figura.
La ecuación nos permite conocer el volumen especifico de un
vapor saturado, o también si conocemos el volumen específico
del vapor húmedo podemos encontrar su título o humedad.
Parámetros en la zona del vapor húmedo
Para la zona del vapor húmedo estableceremos dos
parámetros que van a identificar un vapor húmedo.
➢ Titulo o calidad de vapor “X”. ➢ Humedad “Y” .
El titulo tiene un rango de:
0 < X <100
La suma del título más
la humedad da el 100 %
X + Y = 100 %
Para elaborar este diagrama ahora
debemos graficar los parámetros de
Temperatura y Entropía, valores que se
toman de las tablas de vapor.
La entropía para un vapor húmedo se determina
Diagrama Entalpia Entropía (h – S)
Diagrama Presión Entalpia (P – h
Este diagrama también se le conoce como diagrama de Mollier
aplicado a refrigerantes y sistemas de refrigeración.
Para calcular la entalpia de un vapor
húmedo, se aplica la formula
Tablas de vapor
Típicamente es usada para determinar la
temperatura de saturación del vapor a partir de la
presión del vapor o viceversa, presión a partir de la
temperatura de saturación del vapor, entre otras cosas.
Gas Ideal
Es una substancia simple compresible, pura de
naturaleza y sigue a la ecuación de estado
Fórmulas
Pv = Ru T
De donde: P = Presión.
v = Volumen específico
molar. Ru = Constante
universal de los gases.
T = Temperatura
absoluta.
PV = MRT
Siendo V el volumen y M la
masa del gas Ideal
Representa la relación de la presión, el volumen la
masa, la constante particular del gas y su
temperatura.
Pv = RT
Representa la relación entre la presión, el
volumen específico, la constante particular del
gas y su temperatura
Otra forma conocida de manejar al gas ideal
es, mediante la siguiente expresión:
Valores de la constante universal de los gases
Calor específico
Se debe expresar para dos tipos de
procesos, uno a presión constante y
otro a volumen constante.
El primero está en función a la energía interna y el
segundo con respecto a la entalpia.