Termodinamica en la ingenieria química

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La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte IV: Teoría Termodinámica de las Soluciones
Enviado por Francisco_Santander el Dom, 2011/02/20 - 7:37pm.
* Artículos
 
* Termodinámica
Es natural pensar que es insuficiente conocer acerca de los fluidos puros, únicamente. Atendiendo a esa expectativa, una vez dominado el uso de los principios básicos en el estudio de las sustanciaspuras, se pasa a generalizar los conceptos a los sistemas fluidos de más de un componente en ausencia de reacciones químicas. Usualmente la generalización comienza de a poco y típicamente se comienza por un caso muy sencillo pero muy útil y común: el sistema aire - vapor de agua. A ese estudio se le llama psicrometría y es de enorme utilidad práctica en tecnologías como el acondicionamiento de aire yel secado (que es una operación unitaria y está fuera del alcance de la termodinámica).

Para lograr una verdadera y completa generalización de los fundamentos de la termodinámica a los sistemas de múltiples componentes, resulta muy necesario haber dominado y comprendido previamente algunos conceptos matemáticos, particularmente del ámbito del cálculo en varias variables. La aplicación de éstospermite obtener relaciones matemáticas entre todas las propiedades termodinámicas de interés, siendo de destacada importancia aquellas que relacionan magnitudes medibles con otras, que aunque no lo son, tienen un significado físico muy importante.
Los procesos mecánicos de expansión o compresión de los fluidos, que antes eran tan estudiados, dejan de figurar y se abre paso al entendimiento de cómose comportan las mezclas. Al respecto hay cosas que son bastante útiles: calcular las propiedades de estos nuevos sistemas, cuantificar cuánto calor se consume o se produce durante el mezclado o entender qué fácil es mezclar y qué difícil es el proceso inverso. Pero lo que lejos de toda duda constituye la piedra angular de muchos de los estudios de otras ramas de la profesión es el estudio de losfluidos de múltiples componentes en equilibrio de fases, esto es, cuando un sistema conformado por más de una fase, se encuentra en equilibrio.
Cuando se aprende acerca de la posibilidad de existencia simultánea de vapor y líquido en una sustancia pura, uno no se sorprende mucho; finalmente todo mundo ha puesto a hervir agua en una olla. Esa es quizás la experiencia más cotidiana y convencionalque resulta más cercana a un líquido generando su vapor en equilibrio. Cuando lo que se pone a hervir es un líquido de múltiples componentes, éstos se reparten en el líquido y el vapor de una manera determinada y conocible. Una fase es más rica en ciertos componentes y la otra es más rica en otros.
Al estudio del aparato teórico que permite calcular la distribución de las especies en lasdiferentes fases en equilibrio de un sistema fluido de múltiples componentes, se le suele llamar Teoría termodinámica de las soluciones. Se trata de uno de los contenidos más extensos y profundos en termodinámica, en donde se aplican los conocimientos de la química acerca de cómo interactúan diferentes moléculas y cómo esos comportamientos en la microescala tienen serias consecuencias en cómo se comportancantidades de material muy grandes y de interés industrial.
A primera vista alguno podría pensar que calcular cómo se reparten las especies en el equilibrio de fases es tan solo un aspecto dentro de muchos otros que deberían estudiarse, y que por eso no se justifica un estudio tan extenso acerca de tantas teorías que pretenden explicar ese fenómeno. Pues resulta que, si bien la habilidad paraconocer la distribución de especies en las fases en equilibrio es solo una entre tantas otras, se trata de un conocimiento de una importancia tan enorme que sin él la ingeniería química no sería lo que se conoce hoy.
Cuenta la historia más aceptada, que no antes del siglo X un alquimista árabe fue el primero en entender cómo preparar una bebida alcohólica a partir de granos de cereal fermentados...
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