J428: Introducción a la termodinámica de sistemas fluidos multicomponentes


Muchas aplicaciones en ingeniería se refieren a sistemas fluidos donde mezclas multicomponentes sufren cambios en su temperatura, presión y/o composición como resultado de procesos de calentamiento, compresión, expansión, mezcla, separación o reacciones químicas. La Termodinámica de sistemas multicomponentes es un tema básico de estudio en Ingeniería Energética y existen buenas referencias sobre este tema (Van Ness 1964; Reid, Prausnitz et al. 1987; Criado-Sancho and Casas-Vazquez 1997; Poling, Prausnitz et al. 2000; Prausnitz, Lichtenthaler et al. 2000).

Las propiedades termodinámicas de estos sistemas dependen no solo de la temperatura y la presión, sino también de la composición. Quien desea conocer bien el tema, al menos debe tener con nociones básicas sobre las relaciones de estas propiedades fundamentales para soluciones homogéneas de composición variable, hay diversa literatura al respecto que puede servir para afianzar conocimientos y aprendizaje.

Para mezclas fluidas homogéneas de gases ideales o de disoluciones ideales las propiedades de la mezcla dependen tan sólo de las propiedades de los componentes constitutivos puros y se calculan a partir de éstas mediante ecuaciones relativamente simples. Por ejemplo, la Ley de Raoult constituye en estos casos una descripción particularmente simple y acertada del equilibrio entre una fase líquida y su vapor en un sistema con varios componentes. El principal interés de los modelos de gas ideal, disolución ideal y Ley de Raoult, es su sencillez matemática y el que sirven de referencia para comparar el comportamiento de los sistemas reales. Sin embargo, no siempre proporcionan la suficiente exactitud para representar el comportamiento real de una gran parte de sistemas.

En efecto, mediante la introducción de dos propiedades termodinámicas auxiliares relacionadas con la energía de Gibbs, llamadas coeficiente de fugacidad y coeficiente de actividad, es posible transformar la Ley de Raoult en una expresión general adecuada para el tratamiento del equilibrio líquido-vapor de sistemas reales. Estas propiedades auxiliares representan las desviaciones respecto al comportamiento ideal, y actúan como factores correctores de la ley de Raoult.




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