Ejemplos

DIAGRAMA DE FASES

Una fase es una porcin homognea de un sistema que tiene caractersticas fsicas y qumicas uniformes. FaseLos diagramas de fase son representaciones grficas de cuales fases estn presentes en un sistema material en funcin de:

La temperaturaLa presinLa composicin

Diagrama de fasesLos diagramas de fase de este tipo representan los cambios de fases de una sustancia pura, donde:

la composicin se mantiene constante

Por lo tanto, las nicas variables de inters son:

la presin y la temperatura

Debido a esto estos diagramas son conocidos como diagrama P-T.

En un diagrama de fases de un sistema de un componente se pueden distinguirDIAGRAMA DE FASES DE UNA SUSTANCIA PURA

Punto crtico: La lnea de evaporacin finaliza en el punto crtico porque por encima de este no es posible distinguir las fases lquida y de vapor. Si la temperatura es mayor que el punto crtico solo existir en forma de gas.Ejemplos de Diagramas de FasePosee un diagrama de fases que se caracteriza, por su curva de coexistencia liquido-gas, ya que termina de forma brusca en el punto C (punto crtico).

Existencia de un punto triple T en el que coexisten en equilibrio las tres fases: solido, lquido y gaseoso.

PT = 5,11 atm > Patm = no posee punto de ebullicin normal

Calentar el slido a Patm da lugar a la sublimacin a una T=194,7 K

Transicin lquido-gas solo es posible para una P > 5,11 atm

DIOXIDO DE CARBONO (CO2):

DIOXIDO DE CARBONO: Posee pendiente positiva (segn la ecuacin de Clapeyron)

El diagrama de fases del agua presenta una irregularidad con respecto al comportamiento de la inmensa mayora de las sustancias.La temperatura del punto triple es prxima a la de fusin normal por ello grandes masas de hielo sufren un proceso de intensa sublimacin, sin previamente se produzca la fusin.PT < Patm = si posee punto de ebullicin normal

Punto de fusin normal a una T=273,15 K Punto de ebullicin normal a una T=373,15 K

Agua (H2O): La curva de fusin posee una pendiente negativa. Que se ha observado solamente en el agua, bismuto, germanio, silicio y galio. Esa peculiaridad, tiene consecuencias importantes desde el punto de vista fsico:Entalpia de fusin siempre positiva (segn ecuacin de Clausius) Ar 1 290 atm = imposible la existencia de la forma monoclnica

Azufre (S): Helio (He):

DIAGRAMAS DE FASE BINARIORepresentaciones graficas de los cambios de fase de dos sustancias.Variables:

Temperatura o Presin Concentracin

DIAGRAMAS DE FASE BINARIORegiones:

Puntos invariantes:Sistema binario con solubilidad total: sistema Isomorfo

Sistema binario con solubilidad parcial: diagrama eutctico

Sistema binario con insolubilidad total: diagrama eutcticoClasificacin de sistemas binarios :Sistema isomorfo:En los sistemas isomorfos, solo se forma una fase solida; los dos componentes del sistema presentan solubilidad solida ilimitada.

Diagrama eutctico:Existe solubilidad total en estado lquido y no hay solubilidad en estado slido. Eutctico se refiere al punto invariante (F=0).

Interpretacin de los diagramas:

DETERMINACION DE CANTIDAD DE FASES

REGION MONOFSICAREGION BIFSICASe determina de manera rpida ya que solo existe una fase. Regin Monofsica

A EJEMPLOEn la aleacin de 60% en peso Ni y 40% en peso Cu a 1100C solo existe la fase , y la aleacin es 100% .LSe determina utilizando: - Recta de reparto - Regla de la palanca Regin BifsicaPorcentaje de las fases presentes en una aleacin de una cierta concentracin a una temperatura.podemos conocer

Regla de la PalancaC0=concentracin del elemento A o B respecto al punto D.CL= concentracin del liquido respecto al elemento A o B.C= concentracin del solido respecto al elemento A o B.Regla de la Palanca

Masa del liquido:Masa del solido:28REGLA DE FASES DE GIBBSNumero de variables (presin, temperatura y composicin) que se pueden cambiar independientemente sin alterar el estado de la fase o de las fases en equilibrio del sistema elegido.

Importante para:Entender y prevenir aspectos del comportamiento de materiales.Disear nuevos materiales.Diseo y control de tratamientos trmicos. propiedades de los materiales dependen de su Microestructura historial trmicoEntender desarrollo y conservacin de estructuras en equilibrio. IMPORTANCIA DEL DIAGRAMA DE FASES PARA LA INDUSTRIA

Punto triple del Agua

Es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado slido, el estado lquido y el estado gaseoso de una sustancia.Punto triple:Es nico para cada sustancia.

Se define con una temperatura y una presin de vapor.

Si la presin es menor al punto triple, la sustancia no existe en estado lquido.Observaciones sobre el punto triple:

Temperatura de 273,16 K (0,0098 C)

Presin parcial de vapor de agua de 611,73 pascales /6,1173 milibares/ 0,006atmEn esas condiciones, es posible cambiar el estado de toda la masa haciendo pequeos cambios en la presin y la temperatura.Punto triple del AguaImportanciaSe ha visto que el punto triple del agua es un punto de referencia preciso, que se reproduce y es observable fcilmente.Es un dato que se ha usado para la calibracin bsica de termmetros y otros sensores de temperatura.Por 1950 se decidi que tanto como la pureza del agua y la presin de vapor, la composicin isotrpica del agua era una variante fundamental del punto triple del agua.

Celda de punto tripleHueco para el termmetroAgua lquidaVapor de aguaManto de hielo Bao de hielo Cmara de vaco Matraz de re destilacin Medidor McLeod

Escala Absoluta o Kelvin

Aplicacin en la Industria:

LiofilizacinMtodo de desecacin en el que se elimina el agua por congelacin del producto hmedo y posterior sublimacin del hielo en condiciones de vaco. Al suministrar calor el hielo sublima y se evita el paso por la fase lquida.

DefinicinLa liofilizacin viene ya desde el ao de 200 a.C, los incas, gracias a las condiciones climticas que exista en las cimas de los Andes, que por las noches los alimentos se congelaban a las bajas temperaturas y posteriormente, gracias al calor del sol y las bajas presiones atmosfricas, el hielo se transforma en vapor.

Orgenes de la LiofilizacinPrimero se debe conocer la composicin y formulacin del producto, es necesario conocer los ingredientes activos y constituyentes del producto con la finalidad de analizar sus limites de concentracin y propiedades tales como el calor, la conductividad, turbidez, etc. Que al liofilizar pueden cambiar.

Es muy importante el agua contenida en el producto a liofilizar, por la formacin de los cristales de hielo durante la congelacin, el sper enfriamiento, el grado de cristalizacin y la conductividad del hielo.

En lo referente a los cambios de fase se debe determinar que tan homogneo o heterogneo son sus componentes y cuales son las variables de estado intensivas.

Procesos de la LiofilizacinEtapas de la liofilizacin

PARTES DE UN LIOFILIZADOR

Productos inestables

2. Sustancias termolbiles

3. Cuando se requieran condiciones de asepsia

4. Productos de elevado costoCARACTERSTICAS DE LOS PRODUCTOS A LIOFILIZAR

SECADO CONVENCIONAL LIOFILIZACINPara verduras y granosPara alimentos difciles de secar (carne) Rango de temperatura: 37-93CTemperatura debajo del punto de congelacinPresiones atmosfricasPresiones reducidas (27-133 Pas)Se evapora el agua de la superficie del alimento Se sublima el agua del frente de congelacin Las tensiones causan dao estructural y encogimiento Cambios estructurales o encogimiento mnimo Rehidratacin incompleta o retardadaRehidratacin completo o rpidoOlor y sabor frecuentemente anormalOlor y sabor normalmente intensificado

Valor nutritivo reducido Nutrientes retenidos en gran porcentajeBajo costoCosto aprox. 4 veces mayor

VENTAJAS

DESVENTAJAS

APLICACIONES

GRACIAS POR SU ATENCIN