PUNTO TRIPLE DEL AGUA

Dos fases que están en equilibrio son algo muy familiar, pero en algunas condiciones las

tres fases de una sustancia pura también coexisten en equilibrio. En los diagramas P-v o T-

v, estos estados de tres fases forman una línea llamada línea triple. Los estados que se

hallan sobre la línea triple de una sustancia tienen la misma presión y temperatura, pero

diferentes volúmenes específicos. Dicha línea aparece como un punto sobre los diagramas

P-T; por lo tanto, se denomina punto triple. Para el agua, la temperatura y presión del punto

triple son o.01°C y 0.6117 kPa, respectivamente.

Es decir, las tres fases del agua existirán en equilibrio sólo si la temperatura y la presión

tienen precisamente estos valores. Ninguna sustancia puede existir en la fase líquida en

equilibrio estable a presiones menores que la del punto triple. Lo mismo sucede con la

temperatura de sustancias que se contraen al congelarse. Sin embargo, las sustancias que se

hallan a altas presiones existen en la fase líquida a temperaturas menores que la del punto

triple; como el agua, que no puede existir en forma líquida en equilibrio a presión

atmosférica y a temperaturas inferiores a 0°C, pero existe como líquido a -20°C y 200 MPa

de presión. Además, el hielo existe en siete diferentes fases sólidas a presiones superiores a

100 MPa.

Hay dos maneras que una sustancia puede pasar de la fase sólida a la de vapor, ya sea que

se funda primero en un líquido y después se evapore, o que se evapore directamente sin

haberse fundido previamente. El último caso ocurre a presiones inferiores al valor del punto

triple, ya que una sustancia pura no puede existir en la fase líquida a estas presiones. El

paso directo de la fase sólida a la de vapor se denomina sublimación. Para sustancias que

tienen una presión de punto triple superior a la presión atmosférica, como el CO2 sólido

(hielo seco), la sublimación es la única manera de cambiar de la fase sólida a la de vapor en

condiciones atmosféricas.

DIAGRAMA P-T

A continuación se ilustra el diagrama P-T de una sustancia pura, el cual se conoce como

diagrama de fases porque las tres fases están separadas entre sí por tres líneas: la de

sublimación que separa las regiones sólida y de vapor, la de evaporación divide las regiones

líquida y de vapor, y la de fusión separa las regiones sólida y líquida. Estas tres líneas

convergen en el punto triple, donde las tres fases coexisten en equilibrio. La línea de

evaporación finaliza en el punto crítico porque arriba de éste no es posible distinguir las

fases líquida y de vapor. Las sustancias que se expanden y contraen al congelarse difieren

sólo en la línea de fusión en el diagrama P-T.

Diagrama P-T para sustancias puras. CENGEL

TEMPERATURA DE SATURACIÓN Y PRESIÓN DE SATURACIÓN

Durante un proceso de cambio de fase, resulta obvio que la presión y la temperatura son

propiedades dependientes y que hay una relación definida entre ellas, es decir Tsat=f(Psat).

Una gráfica de Tsat en función de Psat, como se muestra a continuación para el agua se llama

curva de saturación de líquido-vapor. Una curva de esta clase es característica de todas las

sustancias puras.

Tras observar la gráfica también resulta claro que Tsat se incrementa con Psat y que, en

consecuencia, una sustancia a mayores presiones hervirá a temperaturas más altas. En la

cocina, a temperaturas de ebullición más altas significan tiempos de cocción más cortos y

ahorros de energía. Por ejemplo, el cocimiento de un estofado de res puede requerir una a

dos horas en una cacerola normal que funciona a una presión de 1 atm, pero sólo 20

minutos en una olla de presión que funciona a una presión absoluta de 3 atm (temperatura

de ebullición correspondiente: 134 °C).

Curva de saturación líquido – vapor de una sustancia pura (los valores numéricos son para

el agua.

Como se puede observar de la gráfica anterior al área sobre la curva se encuentra el agua en

estado líquido comprimido o subenfriado y el área bajo la curva el agua se encuentra en

vapor sobrecalentado, es así que para tener agua en estado líquido saturado a 150°C

deberemos mantenerla a una presión de 476.2 kPa, de donde que para obtener un dato

pedido por el profesor de agua en estado líquido comprimido o subenfriado a 140°C

deberemos interpolar de la tabla siguiente para T y P de saturación para obtener el dato de

presión de saturación la cual después de realizar el cálculo necesario nos da como resultado

de Psata T(140°C) de 401.24kPa, entonces decimos que el agua en estado líquido a esta

temperatura la podremos tener únicamente a presiones mayores que la de saturación.

Tanto la presión atmosférica como la temperatura de ebullición del agua disminuyen con la

altura; por lo tanto, la cocción toma más tiempo a mayores alturas que al nivel del mar (a

menos que se use una olla de presión). Por ejemplo, la presión atmosférica estándar a una

altura de 2000 m es de 79.5 kPa, correspondiente a una temperatura de ebullición de

93.3°C, a diferencia de los 100°C al nivel del mar (altura cero). La variación de la

temperatura de ebullición del agua debida a la altura, en condiciones atmosféricas estándar,

se presenta en la tabla adjunta. Por cada 1000m de aumento, la temperatura de ebullición

desciende poco más de 3°C. Observe que la presión atmosférica en un lugar, al igual que la

temperatura de ebullición, cambia ligeramente con las condiciones climáticas, pero este

cambio no es mayor a 1°C para la temperatura de ebullición.

Tabla de variación de P y T con la altura. CENGEL

REFERENCIA:

YUNUS A. CENGEL TERMODINÁMICA, Sexta Edición. Editorial Mc Graw Hill