El equilibrio líquido-vapor, es el que se establece cuando una sustancia se encuentra simultáneamente como líquido y vapor. En ese caso, se dice que el líquido está saturado y se encuentra en su punto de burbuja, mientras que el vapor saturado se encuentra en su punto de rocío. Para cada temperatura, existe una (y sólo una) presión de equilibrio, denominada presión de saturación o presión de vapor.
El equilibrio líquido-vapor sólo puede ocurrir, dentro de un rango de temperaturas comprendido entre el punto triple y el punto crítico. El punto triple ya se definió como el punto (P, T) en el cual coexisten en equilibrio tres fases (en este caso, sólido, líquido y vapor) de una sustancia pura; mientras que el punto crítico corresponde a la condición (P, T) a partir de la cual desaparece la transición líquido-vapor. Por lo tanto, siempre debe cumplirse que Ptriple < Psat < Pc.
En la siguiente figura, se pueden apreciar los conceptos mencionados anteriormente.
Figura 1. Diagrama PVT de una sustancia pura
La curva que tiene forma de campana, se denomina domo de saturación, y finaliza en el punto crítico (c). El lado izquierdo de dicha curva, está formado por la sucesión de todos los posibles puntos de burbuja, mientras que el lado derecho se construye por la sucesión de todos los posibles puntos de rocío. El domo de saturación sirve como referencia para identificar estados de agregación. La región comprendida entre la derecha de la campana y la isoterma crítica, corresponde a vapor sobrecalentado, mientras que la región entre la izquierda de la campana y la isoterma crítica, corresponde a líquido comprimido. ¿Qué ocurre más allá de la isoterma crítica (arriba y a la derecha)? Si P<Pc, entonces el fluido se encuentra como gas permanente, mientras que si P>Pc, entonces está como fluido supercrítico.
Si se observa como referencia la isoterma T señalada, se puede apreciar que el punto (d) corresponde al líquido saturado, mientras que el punto (f) corresponde al vapor saturado. ¿Qué representa el punto (x)? Una mezcla de líquido y vapor en equilibrio. Es interesante observar que los puntos (d) y (f) están conectados por una línea horizontal. Esto significa, que para una sustancia pura, la transición líquido-vapor a la temperatura T, ocurre a una presión constante, la cual sería Psat. Se puede leer su valor, si se proyecta la recta horizontal hasta cortar el eje P en el diagrama. Además, si se proyectan rectas verticales desde los puntos (d) y (f) hasta el eje V, se conocerían entonces los valores de VLsat y VGsat, respectivamente. Debe cumplirse siempre que VLsat<Vc<VGsat.
Una forma más sencilla de representar gráficamente la sucesión de puntos (Psat, T), es mediante la curva de vaporización en un diagrama P-T. A continuación, se muestra un ejemplo de este tipo de diagrama.
Figura 2. Curvas de vaporización P-T para algunos líquidos orgánicos
Si un punto (P, T) se encuentra arriba y a la izquierda de la curva de vaporización, significa que la sustancia se encuentra como líquido comprimido. En cambio, si el punto se encuentra debajo y a la derecha de la curva, entonces la sustancia está como vapor sobrecalentado. Por lo tanto, este tipo de diagramas son útiles para identificar rápidamente el estado de agregación de una sustancia pura, así como para conocer la presión de vapor a una temperatura dada.
A nivel de ingeniería, estos diagramas tienen muchas aplicaciones para diferentes operaciones unitarias, tales como destilación, absorción y humidificación, porque implican contacto líquido-vapor o líquido-gas. Por lo tanto, los datos de presión de vapor de las sustancias implicadas en el proceso, son relevantes para efectos del diseño de equipos (torres).
En la próxima publicación, se mostrarán los modelos matemáticos para el equilibrio líquido-vapor y su relación con la ecuación de Clapeyron.
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