Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 16
¿Qué pasa si g f g g ? Obviamente las dos fases no están en equilibrio en
ese momento. La segunda ley requiere que (dG) T,P (g f g g ) dm f 0. Por
lo tanto, el valor de dm f deberá ser negativo, lo que significa que parte del
líquido se vaporizara hasta que g f g g . Por lo tanto, la diferencia de la función
de Gibbs es la fuerza que genera el cambio de fase, del mismo modo que
la diferencia de temperatura es la fuerza que genera la transferencia de calor.
EJEMPLO 16-7 Equilibrio de fase para una mezcla saturada
Demuestre que una mezcla de agua líquida saturada y vapor de agua saturado
a 120 °C satisface el criterio de equilibrio de fase.
Solución Se demostrará que un vapor húmedo satisface el criterio de equilibrio
de fase.
Propiedades Las propiedades del agua saturada a 120 °C son h f 503.81
kJ/kg, s f 1.5279 kJ/kg · K, h g 2 706.0 kJ/kg y s g 7.1292 kJ/kg · K
(tabla A-4).
Análisis Utilizando la definición de la función de Gibbs en conjunto con los
datos de entalpía y entropía, se obtiene
y
g f h f Ts f 503.81 kJ>kg 1393.15 K2 11.5279 kJ>kg # K2
96.9 kJ>kg
g g h g Ts g 2 706.0 kJ>kg 1393.15 K217.1292 kJ>kg # K2
96.8 kJ>kg
Comentario Los dos resultados casi coinciden. Si se hubieran utilizado datos
más precisos sobre las propiedades, los resultados hubieran sido idénticos.
Por lo tanto, se satisface el criterio del equilibrio de fase.
La regla de fases
Note que un sistema de dos fases con un solo componente puede estar en
equilibrio a diferentes temperaturas (o presiones). Sin embargo, una vez que
se fija la temperatura, el sistema permanece inmóvil en un estado de equilibrio
y todas las propiedades intensivas de cada fase (a excepción de sus cantidades
relativas) poseen un valor fijo. Por lo tanto, un sistema de dos fases y un solo
componente tiene una propiedad independiente, la cual puede ser ya sea la
temperatura o la presión.
En general, el número de variables independientes asociadas con un sistema
multifase y multicomponente está dado por la regla de las fases de Gibbs,
que se expresa como
IV C PH 2
(16-20)
donde IV el número de variables independientes (independent variables),
C el número de componentes (components) y PH el número de fases
(phases) presentes en equilibrio. Por ejemplo, para el de un solo componente
(C 1) y dos fases (PH 2) que se estudió anteriormente, es necesario
especificar una propiedad intensiva independiente (IV 1, Fig. 16-19). Sin
embargo, en el punto triple, PH 3 y, por lo tanto, IV 0. Es decir, ninguna
de las propiedades de una sustancia pura puede variar en el punto triple. Asimismo,
con base en esta regla, una sustancia pura que exista en una sola fase
(PH 1) tendrá dos variables independientes. En otras palabras, es necesario
Vapor de agua
T
100 °C
150 °C
200 °C
.
Agua líquida
FIGURA 16-19
De acuerdo con la regla de fases de
Gibbs, un sistema de dos fases y un
solo componente puede tener sólo una
variable independiente.