Universidad Noriental Privada

Gran Mariscal de Ayacucho

Facultad de Ingeniería

Escuela de Mantenimiento Industrial

Termodinámica Sección 1

Integrante:

Arias Agostini Neilet

Profesor:

Yunio Lanz

Mayo 2012

Curva Pvt

Diagrama PVT

Es la representación en el espacio tridimensional Presión - Volumen específico - Temperatura de los estados posibles de un compuesto químico.

Estos estados configuran en el espacio PVT una superficie discontinua, debiéndose las discontinuidades a los cambios de estado que sufre el compuesto al variarse las condiciones de presión y temperatura, que son las variables que suelen adoptarse como independientes en los estudios y cálculos termodinámicos, principalmente por la relativa sencillez de su medida.

Las superficies delimitan las zonas de existencia de la fase sólida, la fase líquida y la fase gaseosa. Nótese que para una fase dada P, V y T están relacionados por la ecuación de estado (tal como la ecuación de los gases perfectos o la ley de deformación elástica para los sólidos). Existe un cuarto parámetro, n, la cantidad de sustancia, responsable de que no existan zonas prohibidas en el diagrama variando simultáneamente P, V y T.

Las sustancias reales pueden existir en fase gaseosa sólo a temperaturas suficientemente altas y presiones suficientemente bajas. A bajas temperaturas y altas presiones se presentan transiciones a las fases líquida y sólida, estos cambios de fase pueden representarse gráficamente en superficies 2D y 3D. La superficie PvT y los diagramas derivados de ésta muestran gráficamente las relaciones que hay entre las propiedades termodinámicas de sustancias puras en sus diferentes fases.

Datos experimentales han demostrado que existe un patrón similar en el comportamiento de sustancias simples compresibles en las fases sólida, líquida y gaseosa. Desde el punto de vista matemático, cualquier ecuación en la que intervengan dos variables independientes puede representarse en un espacio rectangular tridimensional.

En la imagen anterior, se observa que las fases sólida, líquida y gaseosa se representan por superficies. En el proceso de cambio de fase (fusión, vaporización, o sublimación) coexisten dos fases, por lo que las regiones de una sola fase están necesariamente separadas por regiones de dos fases las cuales también están representadas por superficies.

Por definición:

Líquido saturado: es un líquido que está a punto de evaporarse. Cualquier aumento de calor causará que algo del líquido se evapore.

Vapor saturado: es un vapor a punto de condensarse. Cualquier pérdida de calor causará que algo de vapor se condense.

En un sistema de líquido y vapor la presión de saturación se conoce como presión de vapor. La temperatura a la cual hierve un líquido puro, estando a 1 atm de presión, se le conoce como punto normal de ebullición.

Más allá de ciertas condiciones de presión y temperatura no puede ocurrir el proceso de vaporización (o de condensación), a este estado límite donde no es posible una transformación de líquido a vapor se conoce como estado crítico. En la superficie PvT aparece como un punto sobre la superficie general. Las propiedades asociadas a este punto se denotan por el subíndice c, por ejemplo: presión crítica Pc, temperatura critica Tc y volumen crítico vc. Observe que por encima del punto crítico no existe una diferencia clara entre las fases líquida y gaseosa. Una sustancia que se encuentre a una temperatura superior a su temperatura crítica no podrá condensarse a la fase líquida sin importar cuanta presión se le aplique. Si la presión es mucho mayor que la presión crítica a este estado se le conoce como estado supercrítico.

En el estado triple coexisten tres fases en equilibrio (sólido, líquido, vapor), por ejemplo, para el agua el estado triple ocurre a 0.0061 atm y 0.01°C. Dicho estado triple se usa como punto de referencia para establecer la escala de temperatura Kelvin. El agua es una sustancia anómala dado que se expande al congelarse.

Para el análisis termodinámico de los sistemas simples compresibles es más conveniente trabajar con diagramas bidimensionales. Todos los diagramas bidimensionales son simples proyecciones de la superficie PvT; pueden obtenerse tres diagramas: PT, Pv, y Tv. A estas proyecciones se les conoce como diagramas de fase.

Aplicación de los diagramas PvT

Debido a la dificultad de representar gráficamente las propiedades PvT, dichos datos se han tabulado en lo que se conoce como tablas de vapor. Los diferentes libros de ingeniería y Termodinámica contienen tablas de vapor para agua y algunos refrigerantes (por ejemplo, 1,1,1,2-Tetrafluoroetano, amoniaco NH3); pero estas tablas pueden elaborarse para cualquier sustancia pura. Típicamente se tabulan las siguientes propiedades: presión, temperatura, volumen específico, energía interna, entalpía y entropía. Las unidades en que están dadas varían también según el autor.

Las tablas de vapor están compuestas típicamente por tres diferentes secciones:

1. Tabla de condiciones de saturación (líquido y vapor saturado, ésta tabla sirve como base para calcular propiedades de las mezclas también)

2. Tabla de vapor sobrecalentado o recalentado 3. Tabla de líquido comprimido o sub-enfriado

En la imagen superior izquierda se muestra el diagrama PVT (presión-volumen-temperatura) de una sustancia que se expande al fundirse, y en la imagen superior derecha el de otra que se contrae; este último es el caso del agua y la razón por la que los hielos flotan. Se ve que la sustancia puede existir en las fases líquida, sólida o gaseosa, que dos fases pueden coexistir y, en la línea triple, son posibles tres fases a la vez.