sistema de equilibrio

Sistema en Equilibrio.

Un sistema está en equilibrio si tiene:

equilibro mecánico: Suma de fuerzas y momentos igual a cero

equilibrio térmico: Temperatura uniforme, no hay transferencia de calor

equilibrio químico: La composición no varía, no hay reacción química neta

equilibrio de fase: No hay transferencia de masa entre una fase y otraINSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO
Transferencia de masa
en la interfase
FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Dr. Carlos Francisco Cruz Fierro
Revisión 2
65259.6310-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
6.1 EQUILIBRIO QUÍMICO
210-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Sistema en Equilibrio
 Un sistema está en equilibrio si tiene:
– equilibro mecánico
• Suma de fuerzas y momentosigual a cero
– equilibrio térmico
• Temperatura uniforme, no hay transferencia de calor
– equilibrio químico
• La composición no varía, no hay reacción química neta
– equilibrio de fase
• No hay transferencia de masa entre una fase y otra
310-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Criterio de Equilibrio
 Para un sistema cerrado con temperatura y presión
constantes, el sistema evoluciona enla dirección en
que disminuya la energía libre de Gibbs
donde:
4
G H TS
H U PV
 
 
  ,
(proceso espontáneo)
0
T P
dG 10-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Criterio de Equilibrio
 Por lo tanto, para un sistema en equilibrio, el cambio
en la energía libre de Gibbs debe ser cero
 Para un sistema multifase, esto implica que el potencial
químico de cada componente tenga elmismo valor en
cada una de las fases
5
(I) (II) (III)       i i i
  ,
condición de equilibrio
0
T P
dG 10-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Equilibrio Líquido-Gas
 Para un sistema con una fase líquida y una fase
gaseosa, la condición de equilibrio se expresa como:
6
(fase líquida) (fase gaseosa)
ˆ
i i i i i    x f y P
coeficiente de actividad de la sustancia en lasolución
LÍQUIDO fracción mol de en el líquido
fugacidad de la sustancia pura
ˆ
coeficiente de fugacidad de la sustancia en la m
GAS
i
i
i
i
i
x i
f i
i
 

  



 

ezcla gaseosa
fracción mol de en el gas
presión total
i
y i
P


 


10-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Equilibrio Líquido-Gas
Simplificaciones
 Asumir que la fugacidad del líquidopuro
es igual a su presión de vapor:
 Asumir comportamiento de gas ideal:
 La condición de equilibrio se vuelve:
7
,
(fase líquida) (fase gaseosa)
i i vap i i   x P y P
ˆ
1  i
i vap i,
f P 10-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
 El coeficiente de actividad se relaciona con la
energía libre de Gibbs en exceso
 Existen varios modelos empíricos
– Margules
– Van Laar
– Wilson– NRTL
– UNIQUAC
– UNIFAC
8
E
i
g
f
RT
 
     
Equilibrio Líquido-Gas
Coeficiente de Actividad10-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Equilibrio Líquido-Gas
Simplificación a la Ley de Raoult
 Para soluciones ideales, el coeficiente de actividad se
vuelve 1 y se obtiene la conocida Ley de Raoult:
 Esta ecuación no es adecuada para la mayoría de los
casos pero ha sidoampliamente usada, especialmente
cuando los componentes son químicamente similares
9
,
(fase líquida) (fase gaseosa)
i vap i i x P y P 10-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Equilibrio de Fase
Un Componente
 Comenzar con un
recipiente vacío
1010-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Equilibrio de Fase
Un Componente
 Comenzar con un
recipiente vacío
 Agregar una cierta
cantidad de unlíquido
1110-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Equilibrio de Fase
Un Componente
 Comenzar con un
recipiente vacío
 Agregar una cierta
cantidad de un líquido
 El líquido se vaporiza
1210-dic-11 FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Equilibrio de Fase
Un Componente
 Comenzar con un
recipiente vacío
 Agregar una cierta
cantidad de un líquido
 El líquido se vaporiza
 La presión en...