TERMODINAMICA, DIAGRAMA PVT, CALIDAD

 Introducción

La termodinámica es una materia fundamental en el ámbito de la ingeniería, y es por ello que el comprender los principales conceptos es necesario para el desarrollo de este curso.

Una de las principales herramientas en este curso será la comprensión y el uso de las gráficas de las superficies termodinámicas para las distintas sustancias.

Para una mejor comprensión de este tema se empleó el desarrollo de una investigación escrita de manera individual donde se presenta las definiciones de los conceptos de manera concreta y con representaciones gráficas para el entendimiento de este tema.

1-     1. Superficie tridimensional de una sustancia P.T.V.

El 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 experimenta 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.

Imagen tomada del Libro de termodinámica Yunus Cengel 9na Edición

1-    2. ¿Qué gráficos se obtienen de una superficie P.T.v.?

A partir de una gráfica PVT dependiendo desde que eje se vea, se pueden obtener las siguientes gráficas:

Diagrama T-v:  para el caso del agua, a medida que aumenta la presión, esta línea de saturación se acorta (como en la Figura 3-15) y se convierte en un punto cuando la presión alcanza el valor de 22.06 MPa. Este punto se llama Punto crítico y se define como el punto en el que 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, respectivamente, temperatura crítica, presión crítica  y el volumen especifico crítico . Para el agua, las propiedades del punto son Pcr = 22.06 MPa,  Tcr = 373.95 °C y vcr = 0.003106.

 

Diagrama P-v: la forma general del diagrama P-v de una sustancia pura es similar a la del diagrama T-v, pero de las líneas de T=constante en este diagrama presentan una tendencia hacia abajo, como se ilustra en la figura 3-17b.

Diagrama P-T: en la figura 3-22 se ilustra el diagrama P-T de una sustancia pura, el cual se conoce como diagrama de fases porque las tres fases están separadas entre sí por tres líneas: la de sublimación separa las regiones sólidas y de vapor, y la de fusión separa las regiones sólida y líquida. Estas tres líneas convergen en el punto triple, donde las tres fases coexisten en equilibrio. La línea de evaporación finaliza en el punto crítico porque encima de éste no es posible distinguir las fases líquida y de vapor. Las sustancias que se expanden y contraen al congelarse difieren sólo en la línea de fusión en el diagrama P-T.

1- 3. Defina Calidad.

Si existe una sustancia con una parte en forma líquida y otra como vapor a la temperatura de saturación, entonces se dice que el vapor tiene calidad, y esa se define como la masa del vapor entre la masa total.

4. ¿Qué o cuáles son las ecuaciones para determinar la calidad de un estado?

La ecuación para determinar la calidad de un estado es la siguiente:

1-   5. ¿En qué región tenemos calidad?

La calidad solo se encuentra en las mezclas saturadas, de ahí que para las regiones de líquido comprimido o de vapor sobrecalentado no lo tenga.

Conclusión

En el desarrollo de esta tarea investigativa se pudo obtener una mejor comprensión sobre las superficies PTv de una sustancia, todo esto gracias a las infinitas fuentes de información que se encuentran a través sitios web, libros, artículos, etc.

También se conoce el concepto de “calidad”, que esta no está presente en todas las regiones de las sustancias, ya que esta solamente se encuentra en una sola región de las superficies de una sustancia.