PROCESOS DE CAMBIO DE SUSTANCIAS PURAS

3-3 PROCESOS DE CAMBIO DE FACE EN SUSTANCIAS PURAS

Hay muchas situaciones prácticas donde dos fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio.

Algunos ejemplos son: el agua existe como una mezcla de líquido y vapor en la caldera y en el condensador de una termoeléctrica, y el refrigerante pasa de líquido a vapor en el congelador de un refrigerador. Aunque muchos consideran al congelamiento del agua en la tuberías subterráneas como el proceso de cambio de fase más importante, la atención en esta sección se centra en la liquida y de vapor, así como en su mezcla. Como sustancia familiar, el agua se usa para demostrar los principios básicos. Sin embargo, es necesario recordar que todas las sustancias puras axhiben el mismo comportamiento general.

LIQUIDO COMPRIMIDO Y LÍQUIDO SATURADO

Considere un dispositivo de cilindro-embolo que contiene agua líquida a 20°C y 1 atm de presión. En estas condiciones el agua existe en fase liquida y se denomina liquido comprimido o liquido subenfriado, lo cual significa que no está apunto de evaporarse. Se transfiere calor al agua hasta aumentar su temperatura a, por ejemplo 40°C. A medida que aumenta la temperatura, el agua líquida se expande un poco y por consiguiente aumenta su volumen especifico. Entonces, debido a esta expansión el embolo sube ligeramente. La presión en e l cilindro permanece constante en 1 atm durante este proceso porque depende de la presión barométrica externa y del peso del embolo, que son constantes. El agua es aún un líquido comprimido en este estado puesto que no ha comenzado a evaporarse.

Conforme se transfiere más calor, la temperatura aumenta hasta alcanzar 100°C, punto en el que el agua permanece todavía liquida, pero cualquier adición de calor hace que se vaporice algo de agua; es decir, está a punto de tener lugar un proceso de cambio de fase líquido a vapor.

Un líquido que está apunto de evaporarse se llama de líquido saturado; así, el estado 2 corresponde al de un líquido saturado.

VAPOR SATURADO Y VAPOR SOBRECALENTADO

Una vez que empieza la ebullición, el aumento de temperatura se detiene hasta que se evapora todo el líquido. Es decir, si la presión se mantiene constante, durante el proceso de cambio de fase la temperatura también lo hará. Es fácil comprobar lo anterior al colocar un termómetro en agua pura que hierve sobre una estufa. A nivel del mar (P=1 atm), el termómetro, siempre indicara 100°C si la cacerola esta tapada o no con una tapa ligera. Durante un proceso de ebullición, el único cambio observable es un gran aumento en el volumen y una disminución constante en el nivel del líquido como resultado de una mayor cantidad de este convertido en vapor.

Casi a la mitad de la línea se evaporización (fig 3-8), el cilindro contiene cantidades iguales de líquido y vapor. Conforme continúa la transferencia de vapor, el proceso de evaporización

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