Diagrama p-t y sustancias puras

DIAGRAMA P-t Y SUSTANCIAS PURAS

Supóngase que se tiene un conjunto de valores de dos variables independientes para una sustancia pura y simple en particular y se desea determinar el valor de una variable dependiente. Cómo se procede? y cómo se presentan los resultados? Como ejemplo, considérese una sustancia muy conocida, el agua fría. Ésta se introduce en un cilindro y se le saca todo el aire(recuérdese la limitación de sustancia pura).

A continuación se coloca un pistón en contacto con la superficie del agua (Fig. 3.1). Se escoge el agua como la masa de control y se mide su presión con un manómetro, así como su temperatura mediante un termómetro. En esta forma se obtienen dos propiedades independientes: la temperatura y el volumen específico (el cual se encuentra al dividir lamedida del volumen total contenido en el arreglo cilindro-pistón entre la masa de agua colocada en el sistema). La propiedad dependiente (la presión) que resulta para los valores dados del volumen específico y de
la temperatura, se determina con el manómetro. Por consiguiente, en ese estado se pueden medir las tres propiedades P, v y T.

Supóngase ahora que se desea cambiar el estado de la masade control. Pueden realizarse muchos procesos diferentes; por ejemplo, el arreglo cilindro-pistón se sumerge en un baño grande conteniendo un fluido a una temperatura fija, igual a T, = l00(C = 212F, que es también la temperatura de la masa de control. El agua y los alrededores deben estar en equilibrio térmico a la temperatura de esos alrededores. Se aplica una fuerza inicial sobre el piston,suficiente para obtener el volumen específico deseado v. Ahora se aumenta el volumen de la masa de control mediante un movimiento ascendente del pistón y se mide la presión resultante con ayuda del man6metro colocado en la pared del cilindro.

Si se cuida que el aumento del volumen sea lento, el agua permanecerá a temperatura constante. Cuando la temperatura de la masa de control cambiainfinitesimalmente durante el proceso, debe haber una transferencia de calor de la masa de control o del baño que la rodea y la masa de control regresa al equilibrio térmico, con el baño a la temperatura de éste. Las variables independientes durante este proceso son T y v; además se ha medido el valor de la variable dependiente P que existe para los valores de T y v dados. Por lo tanto, se han determinadolos estados correspondientes a P = P(T, v).

Las propiedades termodinámicas, como la energía interna y la entalpía, a partir de las cuales se calculan los requerimientos de calor y trabajo de los procesos industriales, a menudo se evalúan a partir de datos volumétricos. Por otra parte, las relaciones presión/volumen/temperatura (PVT) son en sí mismas importantes para algunos fines como medición defluidos y determinación del tamaño de recipientes y tuberías. Por consiguiente, en este capítulo se describe el comportamiento PVT de los fluidos puros.

Normalmente los fluidos homogéneos se dividen en dos clases, líquidos y gases. Sin embargo, no siempre puede hacerse esta distinción tan abrupta debido a que ambas fases se vuelven indistinguibles en lo que se llama el punto critico. Lasmediciones de la presión de vapor de un sólido puro a temperaturas hasta la de su punto triple y las mediciones de la presión de vapor del líquido puro a temperaturas mayores que la de su punto triple, conducen a una curva presión contra temperatura como la formada por las líneas l-2 y 2-C de la figura 3.1. La tercera línea (2-3) de esta gráfica proporciona la relación de equilibrio sólido líquido.Estas tres curvas representan las condiciones de P y T necesarias para la coexistencia de las dos fases y son, por tanto, las fronteras de las regiones de una sola fase. La línea 1-2, curva de sublimación, separa las regiones sólida y gaseosa; la línea 2-3, curva de fusión, separa las regiones sólida y líquida; la línea 2-C, curva de vaporización, separa las regiones líquida y gaseosa. Las tres...