Sntesis y optimizacin de procesos
Sntesis y optimizacin de procesos
Energa libre de Gibbs El trabajo mximo que un proceso puede
proporcionar, no es necesariamente igual a la cantidad de energa
disponible para realizar un trabajo til, aunque el proceso se
efecte reversiblemente. De la cantidad total de trabajo disponible,
una parte se emplea en realizar uno de presin-volumen, bien sea
debido a una contraccin o expansin del sistema durante el proceso.
Cuando ste tiene lugar reversiblemente a presin y temperatura
constante comprenden un cambio de volumen desde VI a V2, el trabajo
realizado contra la atmsfera es P (V 2 - VI) = PAV y como se efecta
a expensas del mximo proporcionado por el proceso, la cantidad neta
de energa disponible, para efectuar otro trabajo distinto al de
variacin de volumen contra la presin atmosfrica de confinamiento,
debe ser:Energa neta disponible en T y P = Wm - PV Para obtener con
mayor precisin el mximo de energa disponible en un proceso,
definimos otra funcin de estado F, denominada energa libre de
Gibbs, mediante la relacin: F=H-TSEl cambio de F entre dos estados
del sistema ser por tantoF = F2 - F,= (H2 - T2S2) - (Hl - T1S1)=
(H2 - H1) - (T2S2 - T1S1)= H - (T2S2 - T1S1)y cuando la temperatura
es constanteF= H- TSUn signo menos en F denota, por esa razn que la
reaccin procede espontneamente.Cuando la tendencia es de derecha a
izquierda, sin embargo, un trabajo neto equivalente a F tiene que
ser absorbido a fin de que la reaccin proceda en la direccin
indicada y entonces F es positivo. Este signo significa que la
reaccin en la direccin dada no es espontnea. Finalmente, cuando el
sistema est en equilibrio no hay ninguna tendencia en cualquiera de
las direcciones anteriores; no puede realizarse por el sistema
ningn trabajo, y de aqu que F es igual a cero. Estas tres
condiciones posibles del cambio de energa libre en un proceso a
presin y temperatura constantes se resumen as:F= - (espontneo)F= +
(no espontneo)F= O (equilibrio)
Ley de RaoultLa Ley de Raoult, que establece que la presin de
vapor parcial del constituyente voltil de una solucin es igual a la
presin del vapor del constituyente puro multiplicada por la fraccin
molar de tal constituyente en la solucin. De estas ecuaciones la
presin total de vapor P sobre tal solucin es:
Y como N1=1 N2
En una mezcla gaseosa, la razn entre la presin parcial del vapor
de agua y la presin de vapor de agua pura a la misma temperatura,
se conoce como Humedad Relativa. Cuando se multiplica por 100, es
el porcentaje de humedad relativa. Por lo tanto: y
Ley de Dalton de las presiones parcialesCuando diferentes gases
se introducen en el mismo recipiente se interdifunden o mezclan
rpidamente. La ley de Dalton de las presiones parciales dice que a
temperatura constante la presin ejercida por una mezcla de gases en
un volumen definido es igual a la suma de las presiones
individuales que cada gas ejercera si ocupase solo el volumen
total. En otras palabras,
Donde las presiones individuales, PI, P2, P3, etc., se denominan
presiones parciales de los gases respectivos. La presin parcial de
cada constituyente puede concebirse como. La presin que ejercera si
estuviera aislado en el mismo volumen y a igual temperatura que en
la mezcla. En funcin de las presiones parciales la ley de Dalton
puede establecerse de nuevo as: La presin total de una mezcla de
gases es igual a la suma de las presiones parciales de los
componentes individuales de la mezcla.Consideremos ahora una mezcla
gaseosa compuesta de n1 moles de un gas, n2 moles de otro gas, y n3
moles de un tercero. Imaginemos que el volumen total es V y la
temperatura T. Si las condiciones de presin y temperatura no son
extremas, las leyes de los gases ideales seran vlidas para cada gas
en la mezcla y obtenemos para las respectivas presiones
parciales
De acuerdo con la ley de Dalton la presin total se convierte
en
Donde nt = (n1 + n2 + n3) = nmero total de moles del gas en la
mezcla. Aplicando las leyes de los gases
Como las fracciones n1/nt, n2/ nt y n3/nt representan los moles
de un constituyente particular en la mezcla divididos por el nmero
total de moles presentes, estas cantidades se llaman fracciones
molares y se designan con los smbolos N1, N2, N3, , etc.,
respectivamente. La suma de estas fracciones molares para un
sistema debe ser igual al, es decir
En funcin de estas definiciones la presin parcial de cualquier
componente en una mezcla gaseosa es igual a la fraccin molar de
aqul multiplicada por la presin total. Esto es cierto slo cuando la
ley de los gases ideales se aplica a cada uno de los constituyentes
de la mezcla.
BibliografaFundamentos de fisicoqumicaMaron, H. S. y Prutton, F.
C.Editorial Limusa
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