Punto burbuja

DETERMINACION DE PUNTOS DE ROCIO Y DE BURBUJA (Parte 1)
Ing. Federico G. Salazar (*) 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, enuna 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 unsistema 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 condiciones de rocío y de burbuja utilizando ecuaciones matemáticas que correlacionan las propiedades del sistema: temperatura, presión y composiciones (las concentraciones de las sustancias presentestanto 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 y proporcionalmente 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 laspropiedades del sistema en 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 un método iterativo hasta lograr convergencia. En soluciones idealesla 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.

*

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

Estudio de Caso Se tiene un sistema auna presión de 90 kPa, compuesto por agua y alcohol etílico. La concentración del alcohol en la mezcla líquida es 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: Portratarse de un sistema ideal aplicaremos la Ecuación de Raoult Ideal:

y i P = xi Pvapi
en donde yi xi P Pvapi 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 yen nuestro caso i = 1= alcohol etílico; i = 2 = agua. También, para nuestro caso, y la presión del sistema, xEtílico = 0.40 P = 90 kPa xAgua = 1 – xEtílico = 0.60

La Presión de Vapor, se define como la tendencia de una sustancia en fase líquida a volatilizarse y es función de la temperatura Pvapi = f(T). A mayor temperatura, mayor presión de vapor y mayor tendencia de la sustancia avolatilizarse, ya que logra vencer más fácilmente la presión opuesta total del sistema. Cuando la presión de vapor de la sustancia iguala a la presión total del sistema, la sustancia comienza a hervir, es decir, su velocidad de volatilización se hace máxima. Esta tendencia se muestra como ejemplo para el agua, en el siguiente cuadro: Tabla No. 1 Presión de Vapor del Agua
No. Temperatura [ºC] Presión de...