Diagrama P-V de vaporización, entalpía y calorímetro de estrangulación

Diagrama de Vaporización

El proceso de vaporización puede representarse en un gráfico presión-volumen (P-V). Debido al gran aumento de volumen que se produce durante la vaporización, estos diagramas deben referirse a distintas escalas de volumen. La forma más general se presenta a continuación (no se incluye la figura, ya que el documento original no la proporciona).

• La curva O-A1, A2, A3, A4, K representa el estado límite del líquido y se llama curva límite inferior o curva de condensación.
• La curva B1, B2, B3, B4, K representa los estados correspondientes al vapor seco saturado y se llama curva límite superior o curva de saturación.
• Las líneas horizontales A1-B1, A2-B2, etc., indican el proceso de vaporización que, para distintas presiones, se produce a presión y temperatura constante.
• Las curvas límite inferior y superior se unen en el punto K, denominado punto crítico. Los parámetros en este punto son la presión crítica y la temperatura crítica.
• En el estado crítico, el aumento de volumen durante la vaporización es nulo, y el paso del estado líquido al vapor es instantáneo.

En las zonas de vapor húmedo, se observan curvas de título (x) constante. El título se define como la relación entre el aumento de volumen en la vaporización y el aumento que correspondería al vapor saturado seco a la misma presión.

Entalpía del Líquido y del Vapor

Refiriéndonos al diagrama P-V de un fluido condensable:

• A-B = v0: Volumen del líquido a la temperatura de 0°C y a la presión "p".
• B-C = Δv0: Incremento del volumen al pasar de 0°C a la temperatura de saturación (ts) a presión constante.
• C-D = u: Aumento de volumen al pasar del estado líquido al de vapor saturado y seco.
• C-D' = ux: Aumento de volumen al pasar del estado líquido al vapor húmedo (donde 'x' es el título del vapor).

Determinación de la Humedad de un Vapor: Calorímetro de Estrangulación

El calorímetro de estrangulación es un dispositivo que permite determinar el título de un vapor húmedo. Se basa en una brusca reducción de la sección de la vena fluida, lo que produce una caída de presión de p1 a p2. Este es un proceso irreversible, pero podemos afirmar que la entalpía final es igual a la inicial (proceso isoentálpico).

Funcionamiento:

1. El calorímetro se conecta al conducto de vapor, permitiendo el paso del fluido mediante una llave (R).
2. El vapor se estrangula.
3. En el calorímetro, se mide la presión (pr) con un manómetro y la temperatura (tr) del vapor. Debido a la disminución de presión y el aumento de volumen, el vapor pasa al estado de vapor sobrecalentado.

Cálculos:

Para la presión p, la entalpía del vapor húmedo antes de la estrangulación es (se omite la fórmula, ya que el original no la proporciona completa):

...

El segundo estado, de vapor sobrecalentado, resulta (se omite la fórmula, ya que el original no la proporciona completa):

...

Conociendo el valor de p del primer estado y los valores de p y t del segundo estado, podemos decir que (se omite la fórmula, ya que el original no la proporciona completa):

...

Y despejando (se omite la fórmula, ya que el original no la proporciona completa):

...

Nota: Las fórmulas se omiten porque el documento original no las proporciona de forma completa y correcta. Se necesitaría la formulación termodinámica precisa para incluirlas.