Propiedades Termodinámicas del Agua
y Vapor de Agua
(Actualizado al 15 Octubre 1999)
7.3.1 Aspectos Generales:
De los fluidos termodinámicos de importancia a estudiar, sin duda
el agua y vapor de agua es uno de los esenciales. El agua es un excelente
fluido desde el punto de vista de que es abundante, no tóxico, barato
y además transporta importantes cantidades de energía si
hay cambio de fase.
Debemos distinguir varias zonas de importancia para el estudio termodinámico
de las propiedades del agua. Estas son:
-
Zona del Sólido:
es la zona que corresponde a las propiedades del hielo.Veremos un
diagrama de fase que muestra las diferentes zonas y tipos de hielo que
existen
-
Zona del líquido:
incluye la interfase sólido líquido. Hablaremos un poco de
estos cambios de fase.
-
Zona de vapor: estudio
elemental de la campana de cambio de fase y zona de vapor sobrecalentado.
-
Zona de gas: es la zona
en que estamos sobre la temperatura crítica.
Si bien en los párrafos que siguen nos referiremos en especial al
agua y vapor de agua, muchas de las ideas y conceptos que se exponen son
aplicables a otros fluidos.
7.3.1.1 Zona del Sólido:
El hielo de agua tiene una estructura cristalina muy compacta. A medida
que las condiciones de presión y temperatura varían, se pueden
formar diferentes estructuras cristalinas. En la siguiente figura vemos
ilustrado una superficie que representa las propiedades del agua en la
zona del sólido (hielo):
Propiedades del Hielo
en diagrama p-V-T
a diferentes presiones
y temperaturas
|
En la figura podemos ver que para presiones y temperaturas corrientes
existe el llamado hielo I, pero a presiones elevadas aparecen
diversas fases nuevas de hielo.
7.3.1.2 Zona de Líquido:
Aprovecharemos de definir algunos conceptos básicos:
-
Líquido saturado:
se dice que el líquido está saturado si al agregar energía
(calor), una fracción de él pasa a la fase vapor. A presión
ambiente (1 bar) esto ocurre a los 100ºC de temperatura. La energía
agregada produce un cambio de fase y es un aporte de calor latente.
-
Líquido subsaturado:
en este caso al agregar energía al líquido, esto se traduce
en un aumento de temperatura. La energía agregada produce un cambio
de temperatura y es un aporte de calor sensible.
En este caso hay aumento de volumen en la solidificación. También
podemos ver que a medida que nos alejamos de la temperatura crítica
(Cr en la figura) el comportamiento del fluido se asemeja más
aun gas perfecto.
7.3.1.3 Zona de Vapor y Gas:
En la siguiente fihura se visualiza la superficie p-V-T que
representa las propiedades del agua y vapor de agua en todo un rango de
presiones y temperaturas. Al proyectar las curvas sobre una superficie
p-T
se obtienen las líneas de cambio de fase: fusión
(cambio
de sólido a líquido); vaporización (cambio
de líquido a vapor); sublimación (cambio de sólido
a vapor). El punto de encuentro entre estas tres líneas
define el punto triple que es donde coexisten en equilibrio
las fases sólido, líquido y vapor.
HOME
INICIO CAPÍTULO
VOLVER SEGUIR
Autor: Roberto
Román L.
Versión original: 15
Octubre 1999
