cambiofase

Balance masa y energía
[Primer semestre 2006]
3.4

DETERMINACIÓN DE LAS PRESIONES DE VAPOR

Para determinar la presión de vapor de una sustancia se pueden
utilizar las siguientes ecuaciones y diagrama:
1. Ecuación de Clausius – Clapeyron.
2. Ecuación de Antoine.
3. Diagrama de Cox
Las herramientas anteriormente mencionadas se basan en la
volatilidad de la sustancia y determina el grado al cualla
sustancia se transforma del estado líquido o sólido al estado
vapor; si una sustancia posee mayor volatilidad que otra, existe
mayor fase de vapor a determinada presión y temperatura. En
procesos de separación, como la destilación, se separan las
sustancias más volátiles de las menos volátiles mediante la
vaporización parcial de las mezclas líquidas.
Ecuación de Clausius – Clapeyron
Paradeterminar la presión de vapor del agua o de refrigerantes
se utilizan las tablas de propiedades termodinámicas, pero para
otras sustancias no existen tablas para lo cual se utiliza la
ecuación de Clausius-Clapeyron que relaciona p * [presión de
vapor de una sustancia pura] con T [temperatura absoluta]:

ˆ
∆H
dp*
v
=
ˆ
dT T Vg − Vˆ l

(

)

(0.1)

Donde:

Vˆ g , Vˆ l = volúmenes molares específicos
ˆ =Calor latente de vaporización
∆H
v
Si la presión del estado considerado es muy alta; el volumen
específico del líquido será despreciable comparado con el del
vapor, en este caso se aplica la ecuación de los gases ideales y
la ecuación de Clapeyron, queda:

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[Primer semestre 2006]

(

d lnp∗

) = − ∆Hˆ

( )

d 1
T

v

R

(0.2)

Si se grafica ln p * contra 1/T [ op * contra 1/T sobre ejes
semilogarítmicos ] , la pendiente de la curva a la temperatura dada
es - ∆ Ĥ v /R. Si el calor de vaporización de una sustancia es
independiente de la temperatura en el rango en la cual se
conocen las presiones de vapor, en este caso la ecuación de
Clapeyron queda:

lnp∗ = −

ˆ
∆H
v
+B
RT

(0.3)

Donde B es una constante que depende de la sustancia y
corresponde a laintersección.
Ecuación de Antoine
Es una correlación empírica que relaciona la presión de vapor con
la temperatura, esta es una ecuación muy exacta y facil de
utilizar y está en función de las constantes A, B y C 1:

log10 p∗ = A −

B
T+C

(0.4)

Diagrama de Cox
Relaciona la presión de vapor con la temperatura para varias
sustancias en escala semilogarítmica, se puede obtener
información también através de las gráficas de Duhring.

1

R e i d , P r a u s n i t z a n d S h e r w o o d , T H E PR O P E R T I E S O F G A S E S A N D L I Q U I D S , 3 r d
Edition, Mc Graw Hill. Ecuación 6-3.1, apendice A. Donde P está en milimetros y T
en Kelvin

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[Primer semestre 2006]
SATURACION VAPOR-GAS
Esta sección trata del comportamiento de mezcla de vapor puro
con ungas no condensable.
Cuando un gas puro o mezcla gaseosa se encuentra en contacto
con un líquido durante cierto tiempo, la vaporización del líquido
continúa hasta que se alcanza el equilibrio y en este punto la
presión parcial del vapor en el gas, es igual a la presión de vapor
del líquido a la temperatura del sistema. En este punto el gas
está saturado con el vapor a cierta temperatura. El puntode
rocío para una mezcla vapor-gas es la temperatura en la que el
vapor empieza a condensarse si se enfría a presión constante.
En una mezcla de vapor-gas en condiciones de saturación se
aplica la ley de los gases ideales con excelente presición:

Paire V
n RT
= aire
pagua V naguaRT

(0.5)

Paire
n
Paire
= aire =
Pagua nagua Ptotal − Paire

(0.6)

También:

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3.5

EQUILIBRIO VAPOR-LIQUIDO MULTICOMPONENTE

En un sistema vapor-líquido de dos fases en equilibrio, un
componente está en equilibrio en ambas fases, dependiendo el
equilibrio de la temperatura, presión y composición de la mezcla.
A continuación se presenta una curva de equilibrio para un
sistema vapor-líquido a presión constante y a temperatura
constante:
A continuación se...