presentación sobre el tema de sistemas de composción variable comportamiento ideal

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA COMPLEJO ACADÉMICO DE PUNTO FIJO UNIDAD CURRICULAR: TERMODINÁMICA APLICADA TEMA: SISTEMAS DE COMPOSICIÓN VARIABLE COMPORTAMIENTO IDEAL Relación fundamental entre propiedades para mezclas homogéneas de composición variable. El potencial químico como criterio de equilibrio de fases. Mezclas de gases ideales y determinación de las propiedades termodinámicas. Solución ideal: concepto y determinación de las propiedades termodinámicas. Ley de Raoult: deducción a partir del equilibrio de fases. Equilibrio líquido vapor sistemas binarios. Construcción de diagramas P vs x,y T vs. x,y para sistemas binarios aplicando la ley de Raoult. Punto de Rocío, punto burbuja y evaporación instantánea para mezclas binarias. Ing. Milena Villalobos

3. CONCEPTOS BÁSICOS SISTEMAS HOMOGÉNEOS CERRADOS La composición en cualquier punto es la misma, y no hay intercambio de masa con los alrededores. Es un sistema monofasico. n = n 1 + n 2 +…….. n, es constante dn =0 ; (i = 1,2,3….) Como estamos considerando que el sistema es cerrado no intercambia masa con los alrededores, y como además no hay reacción química el número de moles totales y de cada componente es constante. T h H V P x U M d . S ni PROPIEDADES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS DE UN SISTEMA EQUILIBRIO: Existe en un sistema, cuando sus propiedades intensivas permanecen constantes con el tiempo, bajo las condiciones a las que exista el sistema. Ing. Milena Villalobos

5. POTENCIAL QUÍMICO DEL COMPONENTE (i) EN UNA MEZCLA (μi): Se define como la variación de cualquier propiedad del sistema con respecto al número de moles de un componente i en particular, manteniendo la P, T y el resto de los componentes diferentes al componente en particular (i) constantes. M, Representa cualquier propiedad del sistema. Relación fundamental entre propiedades para sistemas de una sola fase con masa constante o variable y composición constante o variable Ing. Milena Villalobos

6. EL POTENCIAL QUÍMICO COMO UN CRITERIO DE EQUILIBRIO Sistema Cerrado en Equilibrio L-V. El cambio total en la energía de Gibbs del sistema es la suma de la ecuación aplicada a cada una de las fases, la propiedad total del sistema se expresa de la siguiente forma: nM = (nM) α + (nM) β Luego la Energía de Gibbs total del sistema . d(nG) = d(nG) α + d(nG) β Como el sistema difásico es cerrado Donde: n = es el número de componentes presentes en el sistema. Para más de 2 fases (  fases) Se dice que dos o más fases (múltiples fases) están en equilibrio cuando el potencial químico de cada componente es el mismo en todas las fases. Presión y temperatura son uniformes y donde existe transferencia de masa de una fase a otra Ing. Milena Villalobos

7. PROPIEDADES DE MEZCLAS GASEOSAS Y LÍQUIDAS IDEALES Sistema cerrado mezcla gas ideal donde: y k : Fracción molar de componente k en la mezcla. Pk: Presión parcial del componente k en la mezcla. MEZCLA DE GASES IDEALES Ley de Dalton TEOREMA DE GIBBS: Una propiedad termodinámica total (nU, nH, nCp, nS, nA, nG) de una mezcla gaseosa de gas ideal es igual a la suma de las propiedades totales de los componentes individuales puros cada uno evaluado a la T de la mezcla pero a su presión parcial. Entalpía (H): Cambio de entalpía por mezclado son valores a la T y P de la mezcla. Potencial químico y la Energía libre de gibbs Ing. Milena Villalobos Entropía (S): ( T = cte), integrando; Cambio de entropía por mezclado Donde S g.i y

8. SOLUCIÓN IDEAL: CONCEPTO Y DETERMINACIÓN DE SUS PROPIEDADES Modelo de comportamiento en el que las moléculas tienen el mismo tamaño y todas las fuerzas entre las moléculas (semejantes y diferentes) son iguales. Las mezclas presentan interacciones atómicas o moleculares entre los componentes cuya magnitud depende de la naturaleza de las sustancias y de las condiciones a las cuales se encuentra. Para el caso de soluciones líquidas ideales las fuerzas intermoleculares son casi iguales y simétricas. Para el caso real las fuerzas intermoleculares son distintas y asimétricas. Como hay simetría a nivel de fuerzas intermoleculares, durante la preparación de la mezcla a partir de los componentes puros a las mismas condiciones, no se observan dilataciones o contracciones macroscópicas. El modelo de una solución ideal no produce cambio alguno en las energías o volúmenes moleculares entonces se pueden escribir ecuaciones análogas a las de modelo de un gas ideal. Ing. Milena Villalobos Para una solución líquida ideal: ΔV mezclado = 0 V s,.i; volumen molar de la solución ideal V i; volumen molar del componente puro a P, T de la mezcla. ΔV mezcla Propiedades de una solución ideal: V mezcla = V mezcla – V comp puros Volumen de la mezcla de gases ideales:

11. CONSTRUCCIÓN DE DIAGRAMAS T vs. Xy, P vs.xy Diagrama T vs X, Y binario Diagrama Pvs X, Y binario Regla de la Palanca Ing. Milena Villalobos

12. DIAGRAMA T vs. xy. A PRESIÓN CONSTANTE Ing. Milena Villalobos Se calculan las T sat de cada componente puro, a partir de los cuales se obtienen un rango para las temperaturas del gráfico T vs. xy. Se calculan las P sat de cada componente Se obtiene x 1 en función de la P y las P sat y luego con la ley de Raoult se calculan y 1 Con los valores de T vs x 1 Con los valores de T vs y 1

13. DIAGRAMA P vs. xy. A TEMPERATURA CONSTANTE Ing. Milena Villalobos Se calculan las P sat para cada componente en la mezcla binaria. Se asume las x i entre ( 0 – 1). Se calculan las presiones para cada una de las composiciones en función de la P sat Luego a partir de la ley de raoult se obtienen las yi. Con los valores de P vs xi; se obtiene la curva de punto de burbuja. Con los valores de P vs y 1 ; se obtiene la curva de punto de rocío.

14. CÁLCULO DE PUNTOS DE BURBUJA Y ROCÍO Presión de burbuja Presión de rocío Temperatura de burbuja, P, x 1 Temperatura de rocío Cálculo las Se estima una temperatura promedio T 0 con x i Se calcula el factor Donde: i es el componente de referencia k, un componente del sistema binario Calculamos T con Antoine a partir de P i sat , comparamos T con T 0 Obtenemos Se estima una temperatura promedio T 0 con y i Se calcula Calculamos T con Antoine a partir de P i sat , comparamos T con T 0 Se obtiene V = 0, L = 1, Zi = Xi V = 1, L = 0, Zi = Yi T; °C P, Kpas Ing. Milena Villalobos