Vicerrectoría General
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El modelo de comportamiento de los vapores es de los mas complejos debido a que continuamente estos presentan cambios de fase, lo cual obliga el reconocimiento del fenomeno de transformación de fase para su entendimiento.
Para el ejemplo sobre cambios de fase del agua
(visto al estudiar las fases de una sustancia pura en la sección
1.2.3.) trate de visualizar el proceso de calentamiento del agua
en un espacio abierto desde las condiciones de Temperatura y Presión
del sitio en que usted se encuentra en este momento, hasta cuando
esta agua se convierta totalmente en vapor. Ahora imagine que la
misma cantidad de agua del proceso anterior se tiene atrapada en
un recipiente como el de la figura 5a. (cilindro con tapa deslizante
de peso despreciable); seguramente cuando esta agua se convierta
totalmente en vapor, el embolo se habra desplazado y la misma masa
acupara mas espacio.
Por ultimo, en un diagrama Presión vs Temperatura
(visto en fisica de bachillerato y mostrado en la figura 5b.) identifique
cual sería la trayectoria desde el inicio hasta el final
del proceso.
Este ejercicio es para realizar el reconocimiento de la transformación
de fase y como resultado de su identificación debe obtener
una trayectoria como la mostrada entre los puntos 1 y 2 de la figura
5b.
Observe que la intersección del proceso 1-2 con la linea
de cambio de fase liquida a gaseosa indica que el agua hierve (de
1 hacia 2 se presenta cambio de fase liquida a gaseosa apreciable
de mejor forma en el diagrama Presión vs volumen especifico
de la figura 5a), que todos los estados desde 1 hasta antes de la
saturacion estan en la fase liquida (que recibira para este caso
el nombre de zona de liquido comprimido o subenfriado), y que todos
los estados despues de la linea de saturación hasta el estado
2 se encuentran en la fase gaseosa (que recibira para este caso
el nombre de zona de vapor sobrecalentado), además identifique
que la Presión y Temperatura son T.I en estas zonas.
Como se muestra con la figura 5a, en algún momento intermedio del cambio de fase, parte de la cantidad de masa de agua es liquida y parte vapor, lo que indicara la cohexistencia de fases en la zona de saturación (a esta combinación de fases se llamara vapor humedo o vapor saturado con calidad). Si a partir de esta condición se regresa el proceso a ese momento anterior en que justamente la sustancia era solo liquido que acababa de hervir, se hablara de liquido saturado (porque se satura de energia el liquido de tal modo que busca cambiar de fase). Si se adelanta el proceso hasta ese momento posterior en que justamente la ultima gota de liquido saturado se acaba de transformar, se hablara de vapor saturado seco o vapor con mínima energía (porque estaba cohexistiendo con el liquido saturado y actualmente no tiene ninguna fraccion de este).
Si se lleva a cabo en una sustancia este reconocimiento para todas las presiones posibles, se establece la delimitación de las diferentes zonas o regiones de los vapores , y esta delimitación esta dada por las lineas conformadas por los diferentes puntos de liquido saturado y de vapor saturado (llamadas linea de saturación de liquido y de saturación de vapor respectivamente) que se tienen un punto común llamado punto crítico. En la figura 5a. se muestran todas las zonas de transformación de fase que son de interes para un vapor con sus puntos relevantes, tambien se indica que las propiedades con subindice f van a estar asociadas con el liquido saturado y las de subince g van a estar asociadas con el vapor saturado.
2.2.2.1. Calidad (x). El parámetro Calidad, se define
como la razón entre la masa de vapor(mf) y la masa total(mT)
en una mezcla con cohexistencia de dos fases asi:
También se define como la proporción de vapor seco que se encuentra en una mezcla saturada, por lo tanto la calidad permite obtener las demas propiedades de estado de la mezcla saturada y se tiene que :
donde el subíndice f, se refiere a las propiedades del líquido saturado, el subíndice g se refiere a las propiedades del vapor saturado y fg hace referencia a la diferencia entre las propiedades de los anteriores.
