Fluidos supercríticos, factor Z y ecuaciones de estado

Punto Crítico

Las fases de vapor y líquido son indistinguibles en el punto crítico. Las zonas del diagrama por encima del punto crítico se llaman fluido supercrítico.

Fluido Supercrítico

Los fluidos supercríticos tienen una densidad comparable con la de los líquidos y su viscosidad y difusividad son intermedias entre los gases y líquidos. Tienen un poder disolvente similar al de los líquidos, pero sus características de transferencia de materia son mucho mejores.

Diferencias Gas-Vapor

Cuando la temperatura crítica de la sustancia es mayor que la temperatura ambiente nos referimos a ella como vapor, pero si la temperatura crítica está por debajo de la temperatura ambiente la sustancia no cambiará de fases en los procesos convencionales, sino que se mantendrá en la fase gaseosa y hablamos de ella como gas.

Factor de Compresibilidad Z

El factor Z surge para intentar describir el comportamiento P-V-T de sustancias puras reales, se trata de un factor adimensional.

Teoría de los Estados Correspondientes

Experimentalmente se observa que los comportamientos ZP de diferentes fluidos son muy similares cuando se representan en un gráfico genérico. Normalmente se suele trabajar con temperatura y presiones reducidas de manera que a igual presión y temperatura reducidas los fluidos tienen el mismo valor del factor de compresibilidad Z (gráfico diapositiva 19 - tema 1).

Métodos de los Estados Correspondientes

Método de Ambrose-Walton

Se basa en una forma de tres parámetros de la ecuación de Pitzer. Predice mejor que la ecuación de Lee-Kesler el comportamiento de los n-alcanos (el factor f(2) es importante solo para fluidos con factores acéntricos grandes a baja temperatura reducida, toma valor 0 a Tr=0,7).

Método de Riedel

(Descripción del método de Riedel)

Correlación de Pitzer

La ecuación de Antoine no predice el mínimo de la curva y se desvía fuera de rango. La ecuación de Riedel reproduce el comportamiento verdadero sobre todo a temperaturas bajas. La ecuación de Clapeyron produce un valor constante de 6.22 y las ecuaciones de Wagner y Ambrose coinciden completamente con la literatura.

Factor Acéntrico

Se trata de una característica del fluido que suele encontrarse en tablas junto con las propiedades críticas del fluido. Es un factor que define las propiedades de esfericidad-polaridad de las moléculas. Moléculas simétricas no polares (Ar) tienen un valor w=0. Moléculas no esféricas o polares tienen un valor 0 < w < 0.4 aunque son posibles valores bajos negativos. El factor acéntrico surge para mejorar el potencial predictivo del principio de los estados correspondientes, pero manteniendo su simplicidad, es adimensional.

Ecuación del Virial

Representa el producto de P-V a lo largo de una isoterma y puede expresarse como una función P mediante un desarrollo en series de potencia. También puede escribirse en función de series de potencia respecto de V cuyos coeficientes pueden relacionarse (solo válida para gases, no es válida para presiones altas).

Ecuaciones de Estado Cúbicas (VDW)

Se pueden considerar modificaciones de la ecuación de Van der Waals y describen el comportamiento de un fluido en un rango alto de P y T con un ajuste fino. La ecuación de VDW presenta buena concordancia con los datos experimentales pero la exactitud no es lo suficientemente buena para los cálculos de ingeniería habituales. Más aún la ecuación hace uso solamente de dos parámetros físicos (presión crítica y temperatura crítica) que no son suficientes para proporcionar una estimación exacta del factor de compresibilidad, Z (ecuaciones con más exactitud: SRK y PR).

Ecuación SRK

Considera la presión crítica, la temperatura crítica y el factor acéntrico para sus predicciones.

Expansión Térmica

Proporciona el cambio fraccional de volumen por unidad de cambio de temperatura a presión constante, unidades (1/K).

Coeficiente de Compresión Isotérmica

Proporciona el cambio fraccional de volumen bajo presión a temperatura constante (el signo negativo se usa para asegurar que k es positivo siempre).

Ecuación de Rackett

Esta ecuación proporciona el volumen molar de un líquido saturado.