Termodinámica

volumen y temperatura. Debido a la incompleta comprensión de las interacciones intermoleculares, especialmente en los estados líquido y sólido, han sido utilizados métodos empíricos para desarrollar muchas de las ecuaciones de estado de uso general. Dado que la presión, temperatura y volumen pueden ser medidos directamente, los datos necesarios para evaluar las constantes en tales ecuaciones pueden ser obtenidos experimentalmente.

Un gas ideal es un gas teórico compuesto de un conjunto de partículas puntuales con desplazamiento aleatorio que no interactúan entre sí. El concepto de gas ideal es útil porque el mismo se comporta según la ley de los gases ideales, una ecuación de estado simplificada, y que puede ser analizada mediante la mecánica estadística.

Métodos

Método de Van der Waals

La ecuación de Van der Waals es una ecuación de estado de un fluido compuesto de partículas con un tamaño no despreciable y con fuerzas intermoleculares, como las fuerzas de van der Waals. La ecuación está basada en una modificación de la ley de los gases ideales, para que se aproxime de manera más precisa al comportamiento de los gases reales.

Ecuación:

Si se introducen el número de Avogadro, NA, el número de moles n y, consecuentemente, el número total de partículas n•NA, la ecuación queda en la forma siguiente:

Donde:

P: es la presión del fluido,

V: es el volumen total del recipiente en que se encuentra el fluido,

a: mide la atracción entre las partículas ,

b: es el volumen disponible de un mol de partículas ,

n: es el número de moles,

R: es la constante universal de los gases ideales, ,

T: es la temperatura, en kelvin.

Las constantes a y b tiene valores positivos y son características del gas individual. La ecuación de estado de van der Waals, se aproxima a la ley de gas ideal PV=nRT a medida que el valor de estas constantes se acercan a cero. La constante a proveer una corrección para las fuerzas intermoleculares. La constante b es una corrección para el tamaño molecular finito y su valor es el volumen de una mol de átomos o moléculas.

La ecuación de Van der Waals permite describir de forma más satisfactoria el comportamiento termodinámico de muchos gases, no solo en altas temperaturas y bajas presiones, pero en un dominio más extenso de temperaturas y presiones nominadamente cuando el gas está próximo de la condensación.

Coeficientes de van der Waals

Coeficientes

Gas a (Pa m3) b(m3/mol)

Helio 3,46 x 10-3 23,71 x 10-6

Neón 2,12 x 10-2 17,10 x 10-6

Hidrógeno 2,45 x 10-2 26,61 x 10-6

Dióxido de Carbono 3,96 x 10-1 42,69 x 10-6

Vapor de Agua 5,47 x 10-1 30,52 x 10-6

Método de Beattie-Bridgeman

Esta ecuación utiliza cinco constantes específicas además de R y es conveniente para trabajos precisos, en especial en el intervalo de altas presiones:

En donde A y B están dadas por las siguientes expresiones:

Significado de las variables:

A0,B0,a,b=Constantes determinadas empíricamente

V= Volumen molar, litros por mol

P= Presión atmosfera

T= Temperatura grados kelvin

R=.082 Litros Atms/mol °K

Esta ecuación se utiliza habitualmente en la industria en el diseño de equipos de procesos utilizados en la industria química requiere de datos termodinámicos. Estos datos son entregados por las ecuaciones de estados y se pueden aplicar al diseño de muchos tipos de equipos, como por ejemplo: para intercambiadores

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