cambios de fase

CAMBIO DE FASE:

Una sustancia puede encontrarse en fase sólida, líquida o gaseosa. También pueden existir en equilibrio dos fases cualquiera e incluso las 3 fases.
Que suceda una u otra situación depende exclusivamente de la presión y temperatura a que esté sometida dicha sustancia.

DIAGRAMA DE FASE “Presión – Temperatura”


p
pto.críticolíquido
s-l l-v sólido sólido vapor pto.triple s-v T
Punto crítico : Es el estado demayor presión y temperatura en la cual puede existir el cambio de fase de líquido a vapor o vice-versa.
Para el agua corresponde a p = 225,43 kg/cm2 abs y t = 374,4 °C

Punto triple : Es el estado único de cada sustancia, en la cual puede existir en equilibrio las 3 fases de una sustancia. Por ejemplo para el agua, dicho estado corresponde a p = 0,00624 kg/cm2 abs. yt = 0,01 °C.
Para el amoníaco : p = 0,0619 kg/cm2 abs. y t = - 77, 7 °C

A continuación, analizaremos solamente el cambio de fase del agua, de líquido a vapor y vice-versa, ya que se encuentran presentes en una gran cantidad de procesos industriales.
Consideremos que se tiene agua líquida a la presión atmosférica normal y 20°C. Le aplicaremos calor, ESTADO a) , en formagradual, en un proceso a presión constante. Se observa que el agua empieza aumentar su temperatura hasta llegar a los 100°C ( p = 0,101 MPa ; T = 373,15 K ), ESTADO b) . Este calor es del tipo sensible.
p= cte = pat. normal = 1,033 kg/cm2 = 0,101 MPa

a) b) c) d)e)




t = 20° C t = 100°C t = 100°C t = 100°C t > 100°C



Calor sensible Calor latente Calor sensible



A partir del estado b), la temperatura permanece constante, ya que empieza el cambio de fase de líquido a vapor ( ebullición ). Se mantienen enequilibrio o coexisten la fase líquida con la fase vapor. ESTADO c). Se obtiene una mezcla de líquido-vapor, a la misma temperatura ( temperatura de ebullición).
El calor aplicado ahora es del tipo latente, ya que no origina cambio de temperatura y se destina a provocar un cambio de fase..
A medida que se aporte más calor, se observa que se va obteniendo más vapor y queda menos líquido. Este procesocontinuará, a temperatura constante, hasta que se evapore todo el líquido. ESTADO d).
A partir de ese momento todo nuevo aporte de calor, irá provocando un aumento de temperatura, hasta que se termine de agregar calor. ESTADO e).

Si ahora repetimos el ensayo, siempre partiendo de los 20°C, pero a una presión de 2 kg/cm2 abs, aproximadamente a 0,2 MPa, y aportamos calor manteniendo constanteesta nueva presión, se aprecia que la temperatura aumenta hasta llegar a la temperatura aproximada de 120°C, que corresponde a la temperatura de ebullición, para esta nueva presión. Esta temperatura permanecerá constante hasta que se evapore toda el agua líquida, y de ahí nuevamente la temperatura empezará a aumentar nuevamente.

Repitiendo el ensayo a diferentes presiones, se observa que latemperatura de ebullición correspondiente es la que se indica a continuación:

p= 2 kg/cm2 abs = 0,2 MPa temp. ebullición = 120 °C = 393 K
p= 10 kg/cm2 abs = 1,0 MPa temp. ebullición = 180 °C = 453 K
p= 40 kg/cm2 abs = 4,0 MPa temp. ebullición = 250 °C = 523 K

SE CONCLUYE:
1.- Que la temperatura de...