Ecuación De Estado

ECUACION DE ESTADO

Una ecuación de estado es la relación que existe entre dos o más propiedades termodinámica. En sistemas de un componente y de una fase, la ecuación de estado incluirá tres propiedades, dos de las cuales pueden ser consideradas como independientes. Aunque en principio se podrían plantear relaciones funcionales en que intervengan tres propiedades termodinámicas cualesquiera, las expresiones analíticas de las relaciones entre propiedades han sido limitadas

Casi completamente a la presión, volumen y temperatura.

Debido a la incompleta comprensión de las interacciones intermoleculares, especialmente en los estados líquido y sólido, han sido utilizados métodos empíricos para desarrollar muchas de las ecuaciones de estado de uso general. Dado que la presión, temperatura y volumen pueden ser medidos directamente, los datos necesarios para evaluar las constantes en tales ecuaciones

Pueden ser obtenidos experimentalmente.

La elección de la ecuación a usar en una aplicación dada depende principalmente de la exactitud deseada y de la capacidad del usuario. Como los coeficientes de casi todas las ecuaciones de estado deben ser evaluados ajustando o adaptando las ecuaciones a diversos datos experimentales de presión, volumen y temperatura, estas ecuaciones nunca pueden representar exactamente los datos experimentales; más aún, muchas veces estas ecuaciones

No representan los datos, limitando la exactitud.

Esto es particularmente cierto cuando las ecuaciones más sencillas son aplicadas en la vecindad

Del punto criticó.

IMPORTANCIA DE LAS ECUACIONES DE ESTADO:

Las ecuaciones de estado son útiles para describir las propiedades de los fluidos, mezclas,

Sólidos o incluso del interior de las estrellas.

El uso más importante de una ecuación de estado es para predecir el estado de gases y

Líquidos. Una de las ecuaciones de estado más simples para este propósito es la ecuación de

Estado del gas ideal, que es aproximable al comportamiento de los gases a bajas presiones y

Temperaturas mayores a la temperatura crítica. Sin embargo, esta ecuación pierde mucha

Exactitud a altas presiones y bajas temperaturas, y no es capaz de predecir la condensación de

Gas en líquido.

Entre las ecuaciones de estado más empleadas sobresalen las ecuaciones cúbicas de estado. De

Ellas, las más conocidas y utilizadas son la ecuación de Peng-Robinson (PR) y la ecuación de

Redlich-Kwong-Soave(RKS). Hasta ahora no se ha encontrado ninguna ecuación de estado que

Prediga correctamente el comportamiento de todas las sustancias en todas las condiciones.

Además de predecir el comportamiento de gases y líquidos, también hay ecuaciones de estado

Que predicen el volumen de los sólidos, incluyendo la transición de los sólidos entre los diferentes estados cristalinos. Hay ecuaciones que modelan el interior de las estrellas, incluyendo las estrellas de neutrones.

USOS DE LAS ECUAC IONES DE ESTADO

El diseño de equipos de procesos utilizados en la industria química requiere de datos termodinámicos, estos datos son entregados por las ecuaciones de estados y se pueden aplicar al diseño de muchos tipos de equipos, como por ejemplo: para intercambiadores de calor se debe determinar la entalpía a la entrada y salida del equipo usando los datos de temperatura y presión; determinar el volumen de un fluido a cierta temperatura y presión para el diseño de

Recipientes, y generalmente para el diseño de hervidores, condensadores, bombas, compresores

Y expandido res.

En la industria petroquímica, específicamente en los procesos de licuefacción, las ecuaciones de estados se utilizan entre muchas aplicaciones para: predecir con alta precisión entalpías para así optimizar el diseño de intercambiadores de calor; determinar datos de equilibrios vapor/ líquido de los gases para los procesos de separación; predicción precisa de la densidad de líquidos para

Conocer la masa o volumen y calcular el calor total.

En los procesos de separación, como la destilación, para el diseño de equipos se requiere de datos de equilibrios líquido/ vapor. Estos datos pueden ser obtenidos por correlaciones gráficas o analíticas. Ambas utilizan datos de presión, volumen y temperatura, los cuales son

Proporcionados por las ecuaciones de estado.

Para las correlaciones gráficas, la ecuación de estado más usada es la de Benedict-Weeb-Rubin,

La cual se utilizó para construir las gráficas de Kellogg, las que incluyen los datos de equilibrios

Para los 12 principales hidrocarburos.

Para las correlaciones analíticas, las ecuaciones de estados más usadas son las de Benedict-

Weeb-Rubin y la de Redlich-Kwong o la de Soave.

En el diseño de reacciones heterogéneas, las ecuaciones de estado se utilizan para determinar

Los valores de presión y temperatura que se utilizan para los distintos modelos de adsorción.

Con estos modelos se pueden diseñar los reactores para reacciones heterogéneas.

En general todos los procesos requieren de datos de equilibrios, entalpías, presiones,

Volúmenes, y otras propiedades termodinámicas, las cuales son derivadas de las ecuaciones de estado. La precisión y condiciones en las cuales se quiera trabajar dependerán de la ecuación que se ocupe.

Modelo Matemático de estado más usado

Analizando el comportamiento de los gases que se puede observar en los diagramas PνT o Pν, se han propuesto muchos modelos matemáticos distintos que se aproximan a dicho comportamiento. Sin embargo, estos modelos no pueden predecir el comportamiento real de los gases para todo el amplio espectro de presiones y temperaturas, sino que sirven para distintos rangos y distintas sustancias. Es por eso que, según las condiciones con las cuales se esté trabajando, conviene usar uno u otro modelo matemático.

En las siguientes ecuaciones las variables están definidas como aparece a continuación; se puede usar cualquier sistema de unidades aunque se prefieren las unidades del Sistema Internacional de Unidades:

P = Presión (atmósferas)

V = Volumen

n = Número de moles

ν = V/n = Volumen molar, el volumen de un gmol de gas

T = Temperatura (K)

R = constante de los gases (8,314472 J/mol•K) o (0,0821 atm•L/gmol•K)

Modelo Matemático Ideal - Ley del gas ideal

La ecuación de los gases ideales realiza las siguientes aproximaciones:

1. Considera que las moléculas del gas son puntuales, es decir que no ocupan volumen.

2. Considera despreciables

...