Aspen capitulo 1: Ecuaciones de estado

Gustavo E Ramirez Caballero

Ecuaciones de estadoLa termodinámica describe transformaciones del estado de la materia

Las máquinas del siglo 18 estaban impulsadas por el aire, el agua y los animales

En 1769 James Watt (1736-1819) obtuvo la patente por su versión de la máquina de vapor

La conversión de calor a movimiento mecánico impulsó la Revolución Industrial y dio origen a la ciencia de la termodinámica

• La temodinámica esta soportada prácticamente en dos leyes fundamentales: una concerniente a la energía y la otra a la entropía.

En equilibrio térmico:𝑈=𝑈 (𝑇 ,𝑉 ,𝑁 )

S

¿Cómoes la relación entre quepermitedescribir el estado de un sistema?

𝑈=𝑈 (𝑇 ,𝑉 ,𝑁 )S

La relación entre quepermitedescribir el estado de un sistema se llama ecuación de estado

Una vez se conoce la ecuación de estado que describe el sistema , todas la variables termodinámicas se pueden describir (usando las relaciones de Maxwell)

𝑃𝑉=𝑁𝑅𝑇

Ecuación de gas ideal

El modelo matemático falla a altas presiones y bajas temperaturas. No describe cambios de fase.

Apartir del siglo 19 fue claro que la materia está formada por átomos y que hay fuerzas entre ellos . Dentro de este contexto Johannes Diederik van der Waals (1837-1923) en su disertación de doctorado propuso un nuevo modelo matemático.

En el nuevo modelo se tienen en cuenta las interacciones moleculares y el tamaño de las partículas

(𝑃+𝑎𝑁2

𝑉 2 ) (𝑉 −𝑁𝑏)=𝑁𝑅𝑇

La presión de un gas real es menor que la de un gas ideal debido a que las atracciones intermoleculares disminuyen la velocidad de las moleculas al acercarce a las paredes.

El volumen disponible para las moleculas es menor que el volumen del contenedor debido al tamaño finito que tienen las moleculas

(𝑃+𝑎𝑁2

𝑉 2 ) (𝑉 −𝑁𝑏)=𝑁𝑅𝑇

Introducción a Aspen

• En la Industria los problemas usualmente no son resueltos a mano por dos razones básicas: limitaciones de tiempo, y errores humanos.

• Aspen, utilizado en toda su capacidad, puede ser una herramienta poderosa en varios campos de la ingeniería química incluyendo producción de gas y petroleo, refinería, procesos químicos, estudios ambientales, generación de energía entre muchos otros.

• Encontrar el volumen específico de n-Butano (n-butane) a 500K y 18 atmósferas usando la ecuación de estado de Redlich-Kwong

Ecuación de estado de Redlich-Kwong:

Paso 1.

• Iniciar Aspen Plus y elegir Template.

• En la ventana que aparece escoger: General with metric units.

• En Run type (parte inferior, en la esquina izquierda) escoger: Property Analysis.

• Hacer click en Ok

Se observa gran variedad de aplicaciones

Paso 2.

• En la lista de la izquierda escoger: component/specifications y entrar los nombres o fórmulas químicas. Si Aspen Plus no reconoce el compuesto químico, una ventana aparece y le permite buscar de nuevo sugiriéndole algunas posibilidades. Es importante que exista en la tabla una entrada en cada celda, esto significa que el programa reconoció el compuesto y va a usar sus propiedades físicas.

Datos Completos

Datos Incompletos

Botones siguiente, estos botones lo llevan paso a paso através de los datos que hay que ingresar.

Advertencia: Aspen identifica datos completos si los mínimos datos que hay que ingresar para tener una simulación han sido suministrados. Esto no quiere decir que sean los datos que Ud. quiera suministrar, en simulaciones complejas siempre debe revizar cada dato.

Observe el status de la simulación: Required Input Incomplete

Paso 3.

En la lista de la izquierda escoger: Property/Specifications. Especifique el metodo termodinámico que va a usar como lo ilustra la figura. Para este ejercicio escoga: RK-Soave.

Paso 4

En la barra de menú seleccione: Tools/Analysis/Property/Pure. En la tabla que aparece, seleccione lo siguiente: Property type: ThermodynamicsProperty: VSeleccione solo vapor, no liquidUnidades: ml/molComponents: seleccione n-butaneTemperature, seleccione las unidades : K y escoga list poniendo 500 y 510Pressure: escoga 18 atmProperty: RK-SoaveClick: Go

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