EQUILIBRIO DE FASES – REGLA DE FASES DE GIBBS

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

Departamento académico de Ingeniería de Alimentos y productos Agropecuarios

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TEMA:                 EQUILIBRIO DE FASES – REGLA DE FASES DE GIBBS.

CURSO:                 Fisicoquímica de Alimentos.

CICLO:                 2018 – I

PROFESOR:           Dr. Milber Ureña Peralta

INTEGRANTES:

• Allcahuaman Matienzo, Katy                         20160425
• Borja Martinez, Martin Silvestre                    20161430
• Carrasco Ramos, Kayla Milagros                20160431
• Crespo Caballero, Marelly Grey G.                  20161343
• Cusi Aslla, Marcos  Antonio                            20161436

CAMBIOS DE ESTADO DE ESTADO DE LA MATERIA

TRANSICIÓN VÍTREA- REGLA DE FASES DE GIBBS

1. RESEÑA HISTÓRICA.

El equilibrio entre fases obedece a las leyes de la termodinámica y son varios los criterios que deben satisfacerse para que en un sistema exista un estado de equilibrio. Los criterios de equilibrio térmico y mecánico internos establecen simplemente que la temperatura y la presión resulten uniformes en todo el sistema; estos criterios se aceptan sin mayor discusión. Las restricciones vinculadas a la composición de las fases en equilibrio, impuestas por la termodinámica para estados de equilibrio interno de sistemas multifásicos y multicomponentes.

(Gibss, 1961).

J. Willaid Gibbs postula la regla de las fases que vincula el número de fases (π), componentes (N) y grados de libertad (F) de un sistema de uno o más componentes en equilibrio:

F = N – π + 2

El número de grados de libertad (o varianza) es el número de variables intensivas (presión, temperatura y composición) que pueden ser alteradas independientemente y arbitrariamente sin provocar la desaparición o formación de una nueva fase. F puede calcularse utilizando la regla de las fases, cuando el equilibrio entre las fases no está influenciado por la gravedad, fuerzas eléctricas o magnéticas, es decir, sólo está determinado por la temperatura, presión y concentración del sistema.

(J. Willaid Gibbs, 1975)

Luego de hacer una breve revisión de conceptos termodinámicos básicos, se discute la aplicación de los mismos a distintos problemas de ingeniería originales. El enfoque sistemático en la formulación del problema y su solución, sienta las bases de los principios de la ingeniería del equilibrio entre fases propuestos por los autores y su importancia en el desarrollo de nuevas tecnologías. Cabe destacar que la aplicación de los conceptos discutidos requiere de modelos y técnicas experimentales para la adquisición de datos, que pueden ser muy simples o complejos. No es objetivo de este manuscrito discutir detalles sobre los mismos. Pereda y Brignole (2013) otorgan una revisión de estos temas.

1. MARCO TEÓRICO.

2.1. EQUILIBRIO DE FASES:

El conocimiento del equilibrio entre fases es requerido para el diseño de todo tipo de procesos químicos: destilación, extracción, reacciones, flujo de fluidos, micronización de partículas, etc.  El manejo de diagramas de fases de mezclas complejas no es una tarea sencilla; sin embargo, las reglas para su construcción se basan en criterios simples. Los diagramas de fases son herramientas esenciales para la ingeniería del equilibrio entre fases y uno puede encontrar en ellos guías claves para determinar regiones factibles y óptimas para el proceso. Es importante entender el significado fenomenológico de cada comportamiento y su relación con las propiedades moleculares. También que “un diagrama de fases no es una pintura aislada sino una instantánea del comportamiento del equilibrio de fases en coordenadas de presión, temperatura y composición”, como lo formulan Swaan Arons y de Loos. Especial atención debe prestarse al comportamiento de fases de sistemas binarios. A pesar de que en la práctica no es frecuente encontrar mezclas tan simples, estos sistemas brindan información valiosa para entender el comportamiento de sistemas multicomponentes.

DIAGRAMAS DE FASE DE UNA SOLA COMPONENTE

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Fig.1 Diagrama de fases Presión – Temperatura  de una componente. https://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_fase

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Fig.2 Diagrama de fases Temperatura – Volumen  de una componente.

http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-65.htm

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Fig.3 Diagrama de fases Presión – Volumen  de una componente.

http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-65.htm

SISTEMAS DE DOS COMPONENTES

Van Konynenburg y Scott encontraron que hay cinco tipos de diagramas que cubren el comportamiento de la gran mayoría de las mezclas que han sido estudiadas experimentalmente. Por otra parte, también mostraron que todos estos comportamientos pueden ser cualitativamente predichos por la clásica y simple ecuación de estado de Van der Waals. La Fig. 4, muestra esquemáticamente estos cinco tipo de comportamientos sobre diagramas presión-temperatura, donde sólo se grafican líneas univariante, esto es con un sólo grado de libertad, como son las curvas de presión de vapor de los componentes puros, las líneas de puntos críticos y las líneas de equilibrio trifásico líquido-líquido-vapor. Asimismo, la Figura 4 muestra la transición entre cada tipo de comportamiento, según sean las interacciones moleculares y la asimetría del binario en cuestión.

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Fig. 4. Comportamiento de fases de sistemas binarios y su transición en función de interacciones moleculares y asimetrías en tamaño de las especies que forman el binario: O punto crítico compuesto puro y punto crítico inferior o superior (PCI, PCS).

http://www.ancefn.org.ar/biblioteca/anales/tomo_66/18.pdf

Las transiciones de un tipo de diagrama a otro son graduales a medida que se modifican las asimetrías en tamaño o que crecen las interacciones energéticas. Esto permite inferir el comportamiento de fase de sistemas para los que no se cuente con información experimental, a partir de sistemas análogos. Sobre la base de propiedades de componente puro y fuerzas atractivas y repulsivas que caracterizan al binario, Brignole y Pereda proponen una clasificación general y condensan los cinco diagramas descriptos por Van Konynenburg y Scott en un único diagrama (Fig. 5) que permite inferir la evolución del comportamiento de fases del sistema binario en función de cambios en el tamaño molecular y las fuerzas de interacción binarias.