Resumen

En este trabajo se presentan cálculos realizados en MatLab y ASPEN Plus para hallar el volumen molar en fase gaseosa del amoniaco (NH₃) y el metano (CH₄) con distintas ecuaciones de estado a diferentes valores de presión y temperatura. Se comparan los resultados obtenidos por la ecuación de estado del gas ideal, van der Waals, Redlich-Kwong, Peng-Robinson, Dashtizadeh-Pazuki-Taghikhani-Ghotbi, y cartas de compresibilidad, con el fin de determinar la desviación porcentual respecto a los datos experimentales disponibles. Los cálculos realizados muestran que el amoniaco se desvía más de su comportamiento ideal que el metano, lo que se puede explicar debido a sus diferencias de polaridad. La mayor desviación observada para el amoniaco fue cercana al -10% (por gas ideal) y la menor cercana al ±0,17% (por Redlich-Kwong, Peng-Robinson). En el caso del metano la mayor desviación observada fue cercana al -5% (por gas ideal) y la menor cercana al -0,005% (por Redlich-Kwong).

El diseño de equipos utilizados en la industria química requiere de datos termodinámicos (equilibrios de fase, entalpías, presiones, volúmenes, etc.) para su correcto diseño y control de su operación, los cuales se pueden calcular empleando ecuaciones de estado (EOS por sus siglas en inglés). La selección de una EOS para predecir el comportamiento PVT (Presión, Volumen y Temperatura) de un sistema dependerá de las sustancias involucradas y del nivel de exactitud requerido para los cálculos. También será importante la complejidad de la ecuación y la facilidad de su manipulación para realizar los cálculos respectivos [1]. 

Con el objetivo de hallar el volumen específico molar para el amoniaco y el metano a condiciones de presión y temperatura especificadas, se utilizaron las siguientes ecuaciones de estado: Gas ideal, van der Waals, Redlich Kwong, Peng-Robinson, Dashtizadeh-Pazuki-Taghikbani-Ghotbi y las cartas generalizadas de compresibilidad, para lo cual se usaron las herramientas MatLab® y ASPEN Plus® para realizar los cálculos pertinentes. 

Ecuaciones de estado 

PVT son propiedades termodinámicas que se pueden medir y/o calcular, ayudando a predecir el comportamiento de un fluido (gas o líquido). En términos generales se puede definir como ecuación de estado a cualquier relación algebraica que contenga PVT. Siendo esta definición tan amplia, al igual que las aplicaciones de la ecuación de estado, podemos encontrar diversas EOS que varían desde las más simples (aquellas que se pueden resolver analíticamente), hasta las más complejas (no tienen solución analítica y se deben resolver por un método numérico, ej. la función roots de MatLab® para hallar las raíces de un polinomio). 

No necesariamente entre mayor número de parámetros posea una ecuación de estado, más precisa es la propiedad calculada. Una buena EOS debe tener capacidades predictivas, es decir, ser capaz de predecir con buena exactitud el valor de alguna propiedad en todo el rango de condiciones PVT. Una ecuación con muchas constantes (ej. Beattie Bridgeman o Benedict-Webb-Rubin) funciona bien para ciertas sustancias y ciertas condiciones PVT (las usadas para ajustar sus constantes) pero falla para hacer predicciones para otras sustancias u otras condiciones. Por otro lado, ecuaciones como Peng-Robinson (PR), Redlich-Kwong (RW) o van der Waals (VW), tienen menos constantes, pero son más generales porque se pueden aplicar a cualquier sustancia para la que se conozcan sus propiedades críticas y el factor acéntrico. A continuación se presentan las EOS con las cuales se trabaja en este artículo. 

• Materias:Ecuaciones Propiedades termodinámicas Termodinámica - Procesamiento de datos Tecnología química Técnicas de simulación Análisis numérico Química
• Subjects:Equations Thermodynamic properties Thermodynamics - Data processing Chemical technology Simulation techniques Numerical analysis Chemistry
• Palabras claves:ecuación de estado, amoniaco, metano, software Aspen Plus, software Matlab, método numérico roots
• Keywords:equation of state, ammonia, methane, Aspen Plus software, Matlab software, roots numerical method