Diagrama de fase y comportamiento.pptx

trabajo de termodinamica de diagramas de fase y comportamiento

1. Diagrama de fase y comportamiento I ntegrantes: Cervantes Padrón Diana Granados Hernández Azucena Leal López Pedro Ignacio

2. Presión-Temperatura Se denomina un diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes, se suele denominar diagrama de cambio de estado. Los diagramas de equilibrio pueden tener diferentes concentraciones de materiales que forma una aleacion a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material esta en fase liquida hasta la temperatura abiente y en que generalmente los materiales estan en estado solido.

3. La linea roja muestra la interfase solido-gas. La linea verde muestra la forma habitual de la interfase solido-liquido, mientras que la alineación de puntos muestra el comportamiento anomalo de dicha interfase, para el agua (hielo-agua). La linea azul muestra la interfase liquido gas. Las tres líneas antes mencionadas convergen en el punto triple, el cual es el estado en el cual las tres fases de una sustancia pueden coexistir en equilibrio, es un estado donde se puede tener hielo, líquido y vapor al mismo tiempo Los diagramas de fase son gráficos combinados de tres curvas de equilibrio presión-temperatura: sólido-líquido, líquido-gas y sólido-gas. Estas curvas representan las relaciones entre las temperaturas y las presiones de transición de fase. El punto de intersección de las tres curvas representa el punto triple de la sustancia: la temperatura y la presión a las que las tres fases están en equilibrio.

4. Diagrama fases La curva que separa la fase sólida de la fase gaseosa se llama curva de sublimación o líneas de saturación sólido-líquido y sólido-vapor, ya que en este caso las líneas fronteras entre sólido-mezcla y mezcla-vapor se proyectan una encima de la otra.La curva que separa la fase líquida de la fase de vapor recibe el nombre de curva de vaporización. Esta curva tiene como extremo superior el punto crítico; se le llama también curva del punto de ebullición. Sin embargo, si la temperatura de una sustancia es superior a una temperatura de saturación(más lejos de la curva de evaporación) para una presión dada, la sustancia se encuentra en un estado de vapor sobrecalentado. El proceso de sobrecalentamiento se define en general como aquel para el que la temperatura de un vapor aumenta a presión constante. La curva que separa la fase sólida de la líquida recibe el nombre de curva de fusión o curva de congelamiento; constituye el comportamiento: sólido-líquido.

5. En este diagrama se suelen marcar algunas zonas y puntos característicos: La curva que termina en el punto "1" une los puntos de presión y temperatura en los que pueden coexistir la fase líquida y la fase gaseosa. El punto identificado como "1" hace referencia a lo que se conoce como punto crítico del sistema. Representa la máxima temperatura y la máxima presión a la que pueden coexistir Gas y Líquido. Las "zonas" identificadas con las letras "L" y "G" representan las áreas de este diagrama en que el sistema se encuentra como Gas o cómo Líquido.

6. Se observa que una vez fijada la temperatura, existe una sola presión de coexistencia entre las dos fases. A presiones mayores a ésta, todo el sistema se encuentra en fase líquida. Y a presiones menores todo el sistema se encuentra en fase gaseosa. Algunos autores prefieren llamar Vapor a la fase gaseosa cuando se encuentra a temperaturas inferiores a la temperatura crítica (donde se puede generar líquido mediante una compresión isotérmica). Por razones que se explicitarán en los próximos párrafos, este tipo de denominaciones tiende a oscurecer detalles mucho más significativos. Cuando se varía isotérmicamente la presión de un fluido que se encuentra a temperaturas superiores a la temperatura crítica, no se observan cambios de fase en el sistema, por mucho que se aumente o disminuya la presión. Los gases permanentes (Nitrógeno, oxígeno, helio, etc) son un ejemplo de este comportamiento a temperatura ambiente: No es posible formar líquido mediante la compresión de estos gases a temperatura ambiente. Tampoco es posible separar una fase líquida por enfriamiento de un fluido a presiones por encima de la presión crítica

7. Presion-Volumen El desarrollo de la termodinámica durante los últimos siglos ha permitido que muchos procesos se hayan optimizado, mejorando así la calidad de los productos obtenidos y el aprovechamiento al máximo de los recursos, por eso el diagrama presión volumen de las sustancias se ha convertido en una herramienta fundamental para los especialistas en la materia. Este tipo de diagrama como su nombre lo indica vas a poder ver claramente los cambios que ocurren en una sustancia pura o compuesta si ocurre una variación de la temperatura y presión. Lo que ocurre físico químicamente hablando es que la sustancia gaseosa pasará de una fase a otra, comportándose en algunos puntos como un gas y en otros como un sólido o líquido dependiendo de la zona, incluso hay puntos de equilibrio entre fases por eso puedes observar varias interfaces a la vez que puedes identificar en las mezclas líquido vapor sus propiedades más importantes como los puntos de rocío y ebullición. Sin duda alguna el diagrama PV se trata de una herramienta gráfica representada por un plano que ocupa dos dimensiones. Por un lado, en el eje vertical se sitúa la presión mientras que el eje horizontal está ocupado por el volumen.

8. Diagrama de fase presión-volumen Los diagramas de Presión-Volumen, o diagramas PV, son una manera conveniente de visualizar los cambios en la presión y el volumen. A los diferentes estados del gas les corresponde un punto en el diagrama PV. En el eje vertical se da la presión y en el eje horizontal el volumen. Cada punto en el diagrama PV representa un estado diferente del gas uno para cada temperatura y volumen posibles. Conforme el gas sigue un proceso termodinámico, el estado del gas cambia, y por lo tanto el punto que lo representa en el diagrama PV. Al moverse va dibujando una trayectoria. Por tanto, para un proceso termodinámico concreto entre los estados, el trabajo será directamente el área bajo la curva si representamos como varía la presión en función del volumen. Para ello, tenemos que tener en cuenta que, al fijar el proceso termodinámico, estamos fijando también como varían el resto de variables termodinámicas que sean necesarias para definir el estado del sistema en cada punto. De esa manera, se supone que somos capaces de conocer la presión como función del volumen, p=p(v)

9. El diagrama Pv se obtiene de la proyección de la superficie PvT en el plano Pv. La forma general del diagrama Pv de una sustancia pura es similar al diagrama Tv, pero las líneas de T constante sobre este diagrama presentan una tendencia hacia abajo. Tanto en el diagrama Tv como en el diagrama Pv 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 saturado y vapor saturado, generalmente se llama región húmeda o bóveda húmeda.

10. ¿Cómo determinamos el signo del trabajo que realiza un gas a partir de un diagrama PV? Si presionamos el pistón, el volumen del gas decrecerá, por lo que el estado debe moverse a la izquierda hacia volúmenes menores. Ya que el gas se comprime, también podemos asegurar que se hace un trabajo positivo W sobre el gas. Similarmente, si dejamos que el gas se expanda y empuje al pistón, su volumen se incrementará, por lo que el estado se moverá a la derecha hacia volúmenes mayores. Ya que el gas se ha expandido, podemos asegurar que se hizo un trabajo negativo W sobre el gas. Digamos que nuestro gas empieza en el estado que se muestra en el diagrama PV.

11. ¿Cómo determinamos la magnitud del trabajo hecho a partir de un diagrama PV? Y ya que PΔV no es más que la base x la altura del triangulo mostrado arriba, el trabajo es igual al área. Si usamos pascales como unidades de presión y m3 como unidades de volumen, la energía que encontremos estará en joules. Debemos ser muy cuidadosos con los signos. Si el camino en un diagrama PV se dirige a la izquierda, el volumen disminuye y se realiza trabajo positivo sobre el gas. Si el camino en un diagrama PV se dirige hacia la derecha (como en el diagrama de arriba), el volumen aumenta y se hace trabajo negativo sobre el gas, pues W por el gas​=−W sobre el gas​? ​No importa la forma que tenga la ruta, el área bajo la curva siempre representará el trabajo hecho. La razón por la que el trabajo es igual al área bajo la curva es que, W=FΔx=(PA)Δx=P(AΔx)=PΔV El trabajo hecho durante un proceso termodinámico es igual al área bajo la curva.

12. El diagrama de temperatura-volumen de una sustancia pura indica los puntos críticos, y también se puede apreciar la región de líquido comprimido y la región de vapor sobrecalentado, además de la región de saturación que se localiza debajo del domo. Temperatura-Volumen

13. Punto 1: líquido comprimido o líquido sub-enfriado se refiere a que el líquido no está a punto de evaporarse. Significa que para estas condiciones en el punto 1 a 20 grados Celsius y a 1 atm de presión se mantendrá en estado líquido, se puede decir que es comprimido porque esta sustancia se encuentra bajo presión atmosférica y por esta razón no se evaporara. Y necesitara una gran cantidad de energía para poder cambiar de estado, o trasladarse al punto número 2.

14. Punto2: Liquido saturado El líquido saturado es en este caso el agua a 100 grados Celsius y 1 atm de presión, y a pesar de estar a 100 grados Celsius el agua sigue en estado líquido pero con aplicar una mínima cantidad de energía cambiara de fase, lo que provocara un cambio de fase. Punto 2 a 4 Mezcal saturada o vapor húmedo, las fases liquidas y vapor se encuentran en equilibrio, y esto se refiere a que si se encuentra a 100 grados Celsius y suministramos energía al agua y que se encuentre cierta cantidad de sustancia liquida y otra parte de vapor, en un sistema adiabático, estas dos fases coexistirán.

15. Punto 3 Lo llamaremos también como vapor húmedo, por la coexistencia de las fases. En esta parte nos permite analizar y obtener el porcentaje de líquido y vapor en el sistema, porque necesitamos hacer una cuantificación de la energía que está obteniendo o cediendo el agua que nos interesa conocer. Punto 4 Vapor saturado Esta fase se llama así debido a que tenemos vapor a punto de condensarse, y esto es porque este vapor con una mínima cantidad de energía cedida u obtenida se volverá líquido nuevamente

16. Punto 5 vapor sobre calentado . Esto es un vapor que no está a punto de condensarse , que aunque ceda u obtenga energía este seguirá siendo vapor, significa que por la cantidad de energía , que ya no es 100 grados Celsius, si no a 150 o 300 grados Celsius o más que lo que muestra la gráfica , y siempre se conservara en estado gaseoso . Y como se puede observar a medida que vamos aumentando la temperatura esta misma provocara que el agua aumente de volumen , por lo que tiene una relación directamente proporcional , a mayor energía o temperatura aumentara su volumen .

17. ¿Cómo es la relación entre el volumen y la temperatura en la gráfica? ¿Para qué sirve el diagrama T-v? ¿A qué se le denomina diagrama de fase? ¿Que representan las líneas roja, verde y azul en los diagramas? ¿A que hace referencia el punto identificado por el número 1 en los diagramas de presión temperatura?

18. ¡Muchas gracias!