Termodinamica

Prof. Milton Medeiros
Introducción
La termodinámica es el fundamento científico de una significativa parte de las tecnologías presentes en los procesos químicos. Como ciencia, relaciona una serie de propiedades observables y medibles, bajo la aproximación del equilibrio termodinámico. El entendimiento del método termodinámico, sin embargo, no es suficiente en la solución de los diversosproblemas a los que el Ingeniero Químicos estará expuesto en su vida profesional. Diversos aspectos técnicos, no termodinámicos, son parte importante del proceso de solución efectiva y productiva del problema general de la termodinámica. Por ejemplo, la condición equilibrio material (igualdad de fugacidades o potenciales químicos) es la ecuación provista por la termodinámica en un problema de equilibriode fases. Pero ¿Cómo calcular fugacidades de substancias en determinadas condiciones? ¿Cómo resolver el sistema de ecuaciones no lineales, algunas veces con soluciones múltiples? ¿Cómo saber si los resultados arrojados por una computadora tienen significado físico aceptable? La termodinámica por sí sola no provee respuestas a estas preguntas.
Uno de los objetivos del curso de TermodinámicaQuímica para Ingenieros Químicos es organizar las informaciones provistas por la termodinámica de forma de permitir la solución del problema general de la termodinámica: calcular cuantitativamente composiciones, temperaturas, presiones y cantidad de materia de sistemas multifásicos y multicomponentes en equilibrio termodinámico y sujeto a restricciones de balance de materia y energía. Particularmente, laparte práctica del curso se dedicará a mostrar a los estudiantes las técnicas para la solución de este problema con la utilización de computadoras. La idea central es el planteamiento/programación de las ecuaciones y implementación de su solución de forma lo más transparente posible, es decir, sin la utilización de los paquetes tipo “caja negra” disponibles para la simulación de procesosquímicos.
Otro aspecto fundamental del curso es dar al estudiante la capacidad de análisis de datos y resultados, bajo una visión de Ingeniero Químico. A lo largo de los dos años que hemos ministrado este curso, se observó que muy frecuentemente los estudiantes confían en demasía en los resultados de un cálculo hecho por una computadora. No es raro encontrar presiones negativas, temperaturas solares,fracciones molares mayores que 1, entre otros resultados que no resisten a un análisis superficial. El argumento es “la computadora lo calculó”. Muchos de los problemas que serán presentados pueden resultar en soluciones no físicas y el estudiante deberá ser capaz de identificarlas y entender el origen de la falla, como por ejemplo malos estimados iniciales para la solución de las ecuaciones, modeloinadecuado al sistema, correlaciones fuera de límite de validez, etc. Además, los modelos empleados en la descripción termodinámica de los sistemas tienen limitaciones. Conocer estas limitaciones y sus impactos en los diversos aspectos del diseño o de la predicción del desempeño de una planta es esencial para un I. Q. Este análisis, tal vez, será la principal actividad del I. Q. cuando utilice unsimulador de procesos comercial en la solución de un problema real.
En cuanto a la parte operacional, las herramientas empleadas en el curso práctico serán las disponibles en las hojas de cálculo Excel de Microsoft. Esta elección se basó en los siguientes criterios: su relativa simplicidad, su disponibilidad en las computadoras de la facultad de Química y por su dominio por buena parte de losestudiantes que, frecuentemente, tienen instalado este software en sus computadoras personales. Tal vez no sea la mejor opción en cuanto a la versatilidad y facilidad de programación. Otros softwares, tal como el MathCad o MathLab, son buenas opciones para cursos futuros, ya que en estos programas las ecuaciones son escritas en su forma casi manuscrita, tornando todavía más transparente a los...