1) Los estados de equilibrio de una sustancia simple compresible, se pueden especificar en términos de su presión, volumen y temperatura. Si se especifica cualquiera de estas dos variables de estado, se determina la tercera. Esto implica que, los estados de una sustancia pueden ser representados como una superficie en un espacio tridimensional PvT. La superficie PvT anterior, representa una sustancia que se contrae al congelarse. La gran mayoría de sustancias se contraen al congelarse. La excepción notable es el agua, donde la expansión en la congelación tiiene un enorme impacto sobre la naturaleza de la Tierra. Con la superficie PvT, se puede ilustrar una cantidad considerable de información sobre las fases de la materia. 2) La totalidad de los estados a lo largo de la trayectoria de un proceso yacen sobre la superficie P-v-T, puesto que tal proceso debe pasar por estados de equilibrio. Las regiones de una fase aparecen como superficies curvas sobre la superficie Pv-T, y las regiones de dos fases como superfic ies perpendiculares al plano P-T. Era de esperarse puesto que las proyecciones de las regiones de dos fases sobre el plano P-T son líneas. Todos los diagramas bidimensionales vistos hasta ahora, sólo son proyecciones de esta superficie tridimensional sobre los planos apropiados. 3) Las fases sólida, líquida y gas (vapor), se pueden representar por regiones en la superficie. Tenga en cuenta que hay regiones en la superficie que representan a una sola fase, y regiones que son combinaciones de dos fases. Un punto situado entre una región de una fase sola y una región de dos fases, representa un "estado de saturación". La línea entre las regiones de líquido y la de líquidovapor, se llama línea de saturación de líquido, y cualquier punto en esa línea, representa un estado de líquido saturado. Un punto situado en el límite entre las regiones de vapor y líquido-vapor, se llama estado de saturación de vapor. 4) Note el punto de estado crítico (punto rojo), donde se unen las líneas de líquidosaturado con la de vapor saturado. Las variables de estado de este punto crítico único, se denotan por P c, vc y Tc. Si una sustancia está por encima de la temperatura crítica Tc, no puede condensarse en un líquido, no importa cuán alta sea la presión. Esta fusión de los estados líquido y vapor por encima de la temperatura crítica es una característica de todas las sustancias conocidas. Mientras que por debajo de la presión crítica P c, puede existir estado de vapor puro, a presión por encima de Pc, está limitado a ser vapor solamente. Los estados con presiones por encima de Pc se describen en los "estados supercríticos". 5) El notable "estado triple" de la materia, donde están en equilibrio los estados sólido, líquido y vapor, está caracterizado por una temperatura llamada de punto crítico. El estado triple se representa por una línea paralela al plano Pv, con una presión característica de la sustancia, pero con volumen variable. La temperatura crítica del agua se le asigna un valor de 273,16º K., y esta temperatura triple del agua se utiliza como referencia para establecer la escala de temperatura Kelvin. 6) Las propiedades se presentan en la forma de tablas. Algunas propiedades termodinámicas pueden medirse con finalidad pero con otras no es posible
hacerlo de manera directa y se calculan mediante las relaciones que las vinculan con propiedades medibles. Los resultados de estas mediciones y los cálcul os se presentan en tablas con un formato conveniente. Se prepara una tabla para cada región, como las de vapor sobrecalentado, líquido comprimido y saturada (región húmeda). Líquido Saturado y Vapor Saturado: Tablas de Saturación: El subíndice f se emplea para denotar propiedades de un líquido saturado y el subíndice g, para las propiedades de vapor saturado. Otro subíndice utilizado es fg, el cual denota la diferencia entre los valores de vapor saturado y líquido saturado de la misma propiedad. Ejm, vf : volumen específico del líquido saturado vg : volumen específico del vapor saturado vfg : diferencia entre vg y vf 7) Mezcla Saturada de Líquido-Vapor: En el proceso de evaporación, una sustancia pasa de su condición de líquido saturado a vapor saturado por lo que la sustancia existe como parte líquida y como parte vapor. Esto es, es una mezcla de líquido y vapor saturados. Figura 1.29 y 1.30. Para analizar esta mezcla de manera apropiada, es necesario conocer las proporciones de las fases líquida y de vapor en la mezcla. Esto se obtiene al definir una propiedad llamada la calidad x como la razón entre la masa de vapor y la masa total de la mezcla Vapor sobrecalentado: El vapor sobrecalentado se encuentra en la región derecha de la línea de vapor saturado. Figura 1.29 y 1.30. Como la región de sobrecalentamiento es de una sola fase, se necesitan dos propiedades intensivas par fijar o definir el estado de equilibrio. Las tablas de vapor sobrecalentado presentan el volumen específico y otras propiedades específicas como función de la presión y la temperatura.
8) Líquido subenfriado o comprimido El líquido comprimido se encuentra en la región izquierda de la línea de líquido saturado. Figura 1.29 y 1.30. 0La literatura no ofrece gran cantidad de datos en forma de tablas para los líquidos comprimidos o subenfriados. La variación de las propiedades del líquido comprimido debido a la presión es muy ligera, mientras que con la temperatura muestran mayor dependencia. En la mayoría de los casos, cuando no se dispone de tablas de líquido comprimido para una sustancia pura, los datos sobre el líquido comprimido se pueden aproximar bastante al usar valores de las propiedades del estado líquido saturado a la temperatura dada. Esto implica que los datos del líquido comprimido dependen más de la temperatura que de la presión.
Los diagramas del proceso son una ayuda importante en la resolución de problemas. En la Figura 1.32 se muestran las gráficas para cuatro procesos diferentes en los diagramas Pv y PT
Vapor sobrecalentado se enfría a presión constante hasta que empiece a formarse líquido. Una mezcla de vapor y líquido con calidad del 60% se calienta a volumen constante hasta que su calidad sea de 100%. Una mezcla de líquido y vapor con calidad del 50% se calienta a temperatura constante de 200º C hasta que su volumen es 5 veces el volumen inicial. El refrigerante 12 se calienta a presión constante desde líquido saturado hasta que su calidad es 50%.
