Grados De Livertad

GRADOS DE LIBERTAD

Los grados de libertad de un sistema son las variables que deben especificarse para que el sistema quede totalmente determinado. El número de grados de libertad le dice al Ingeniero de Diseño cuantas variables debe especificar para calcular y determinar todas las variables de un proceso. Al comparar los grados de libertad con la información conocida el ingeniero de análisis sabe si tiene poca, suficiente o demasiada información para poder manejar el proceso.

Sin embargo, los grados de libertad están relacionados con la regla de las fases, debido que para predecir la concentración de un soluto en dos fases en equilibrio, se requieren datos experimentales. Además, si las dos fases no están en equilibrio, la velocidad de transferencia de masa es proporcional a la fuerza impulsora, que es la desviación respecto al equilibrio. En todos los casos de equilibrio hay dos fases presentes, tales como gas-liquido o liquido-liquido. Las variables importantes que afectan al equilibrio de un soluto son temperatura, presión y concentración.

El equilibrio entre dos fases en cualquier caso, está restringido por la regla de las fases:

F=C-P+2 (ec.1)

Donde;

P= es el numero de fases en equilibrio.

C= es el número de componentes totales en las dos fases (cuando no se verifican reacciones químicas).

F= es el número de variantes o grados de libertad en el sistema.

Ejemplo:

En el sistema gas-liquido de CO2 aire-agua, hay dos fases y tres componentes (considerando al aire como un componente inerte). Entonces por medio de la ecuación 1:

F=C-P+2=3-2+2=3

Esto quiere decir que hay tres grados de libertad (F=3). En este caso la presión total y la temperatura están fijas esto indica que solo hay una variable que puede ser manipulada a voluntad. Si la composición de fracción molar XA del CO2 en la fase liquida es constante, la composición de la fracción molar YA o la presión PA en la fase gaseosa, quedan determinadas automáticamente.

Problema 11.1-1

Regla de las fases para un sistema de vapor. Calcule el número de grados de libertad para el sistema NH3 –agua existiendo una sola fase de vapor. ¿Qué variables se pueden fijar?

Datos:

C=2(N y H)

P=1 (agua)

F=C-P+2

Sustituyendo: F=2-1+2=3

Respuesta: 3 grados de libertad; las variables T,P, yA .: F=3

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