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¿Qué es un diagrama de fase temperatura-volumen? ¿Para qué sirve? y ¿Dondé se aplica?
Tipo: Apuntes
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Subido el 09/02/2020
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Una sustancia pura puede existir en tres fases diferentes: sólida, líquida y gaseosa. Si consideramos el caso en el que un sólido (hielo) está contenido en una máquina con un pistón y un cilindro, de modo tal que la presión se mantiene a un valor constante. Se agrega calor al cilindro, de tal manera que la sustancia experimente las tres fases. Si registramos la temperatura y volumen específico durante el experimento, y comenzamos con el sólido a cierta temperatura baja, por ejemplo el punto A de la figura 2.2; si a continuación agregamos calor hasta que apenas empieza a derretirse en el punto B; y luego más calor derretirá por completo el sólido, conservando constante la temperatura hasta alcanzar el punto C. Una vez que todo el sólido se haya derretido, la temperatura del líquido sube otra vez hasta que empieza a formarse calor en el punto D, que es el estado líquido saturado. De nuevo, durante el cambio de fase de líquido a vapor, llamado vaporización, la temperatura permanece constante cuando se agrega calor. Por último, todo el líquido se vaporiza y existe entonces el estado de vapor saturado en el punto E, después de lo cual la temperatura sube otra vez si se agrega calor. Cada volumen específico del sólido y líquido es mucho menor que el volumen específico del vapor.
Los estados de líquido saturado en la Figura 1.29 pueden conectarse mediante una línea, línea de líquido saturado, y los estados de vapor saturado en la misma figura pueden conectarse mediante la línea de vapor saturado. Estas dos líneas se alcanzan en el punto crítico, formado un domo como muestra la Figura 1.29. El punto crítico se define como el punto al cual los estados de líquido saturado y de vapor saturado son idénticos. La temperatura, la presión y el volumen específico de una sustancia en el punto crítico se denominan, temperatura crítica Tcr, presión crítica Pcr y volumen específico crítico vcr. Las propiedades del punto crítico del agua son Pcr=22.09 Mpa, Tcr=374.14 ºC y vcr=0.003155 m3/kg.
El diagrama P-v se obtiene de la proyección 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 líneas 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 áreas. La línea de líquido saturado representa los estados de la sustancia tales que cualquier adición infinitesimal de energía a la sustancia a presión constante cambiará una pequeña fracción de líquido en vapor. De modo semejante, al sustraer energía de la sustancia en cualquier estado que cae dentro de la línea de vapor saturado origina una condensación del vapor, mientras que la adición de energía sobrecalienta al vapor. La región de dos fases, que se denomina líquido y vapor saturados y que queda entre las líneas de líquido y vapor saturados, generalmente se llama región o bóveda húmedas.
