Punto de burbuja y punto de rocio

Facultad de Ingeniería - Universidad Rafael Landívar

Boletín Electrónico No. 01

Determinación de Puntos de Rocío y de Burbuja Parte 1
Ing. Federico G. Salazar (1)

RESUMEN El cálculo de las condiciones de equilibrio de fases líquido vapor en mezclas multicomponentes es un tema de interés general para la Ingeniería, especialmente para la Ingeniería Química, ya que sirve de base para eldiseño de equipos de separación asociados con dichas fases. Los puntos de Rocío y de Burbuja pueden ser estimados a través de correlaciones matemáticas relativamente sencillas en aproximaciones para sistemas de comportamiento ideal, que es el tema que ocupa este artículo.

DESCRIPTORES Termodinámica. Puntos de Rocío y burbuja. Soluciones ideales. Ecuación de Raoult Ideal. Presión de vapor.Resoluciones por iteración. Correlación de Antoine. Mathcad©.

PRESENTACIÓN Los puntos de rocío se refieren a la temperatura y presión a la cual un sistema condensa. Cuando, por ejemplo, en una habitación se comienzan a empañar los vidrios ocurre que se ha llegado al punto de saturación de la humedad del local y al descenso de la temperatura esa humedad “precipita”, condensándose sobre las superficies.El rocío matutino sobre las hojas de las plantas es un ejemplo similar. Los puntos de burbuja, temperatura y presión por su parte, se refieren a las condiciones en las cuales en un sistema se inicia la ebullición. En el simple hecho de calentar agua, al momento en que se ve la primera burbuja de vapor de agua formarse, se ha llegado a las condiciones de burbuja. Se pueden evaluar las condicionesde rocío y de burbuja utilizando ecuaciones matemáticas que correlacionan las propiedades del sistema: temperatura, presión y composiciones (las concentraciones de las sustancias presentes tanto en la fase líquida como en la correspondiente fase vapor). Existen mezclas de sustancias que forman soluciones ideales: cuando las sustancias van cambiando de fase en forma regular, gradual yproporcionalmente a su concentración en la fase líquida. Para el cálculo de las concentraciones en equilibrio de este tipo de mezclas se suele utilizar la Ecuación de Raoult Ideal que relaciona las propiedades del sistema en

1

Docente universitario de los cursos de Termodinámica Química, Termodinámica del Equilibrio y Automatización y Control de Procesos. Investigador y consultor ambiental.

1 de 7Facultad de Ingeniería - Universidad Rafael Landívar

Boletín Electrónico No. 01

ambas fases. Esta ecuación es de muy fácil aplicación cuando se busca determinar la presión, ya sea de burbuja o de rocío, conociendo la temperatura del sistema. Sin embargo, cuando la incógnita es la temperatura del sistema en equilibrio para una presión dada, se debe proceder a estimar esa temperatura por unmétodo iterativo hasta lograr convergencia. En soluciones ideales la convergencia se obtiene generalmente en no más de 4 iteraciones. El MathCAD© es un software de programación muy útil y versátil que permite realizar ese cálculo en forma inmediata.

Estudio de Caso Se tiene un sistema a una presión de 90 kPa, compuesto por agua y alcohol etílico. La concentración del alcohol en la mezcla líquidaes del 40% mol, es decir, alrededor de 1.705 gramos de alcohol por cada gramo de agua presente. Se desea determinar la temperatura a la cual esa solución, considerándola como ideal, hierve. Así mismo determinar la composición de ambas sustancias en los vapores formados. Solución: Por tratarse de un sistema ideal aplicaremos la Ecuación de Raoult Ideal:
y i P = xi Pvapi

en donde

yi xi PPvapi

es la composición molar de la sustancia i en la fase gaseosa es la composición molar de la sustancia i en la fase líquida es la presión total del sistema es la presión de vapor de la sustancia i

En primer lugar, la sustancia i se refiere a cualquiera de los componentes de la mezcla y en nuestro caso i = 1= alcohol etílico; i = 2 = agua. También, para nuestro caso, y la presión del...