Incorporación de nuevos elementos a la topología global de fases : elementos de química computacional, sistemas ternarios y comportamiento no-clásico de la región crítica

Abstract

Numerosos procesos tecnológicos y naturales ocurren en sistemas heterogéneos, caracterizados por fases de propiedades mecánicas distintas y constituidos por mezclas de componentes de diversa naturaleza físico-química. La fuente convencional de información de equilibrio de fases es la experimentación directa sobre las mezclas a separar, metódica que suele estar caracterizada por un alto costo de infraestructura, además de elevados costos de operación y tiempo. Sin embargo, el desarrollo de modelos físicos, llámese modelos de exceso, ecuaciones de estado (EOS) o el enfoque de dinámica molecular, han permitido conocer el comportamiento de mezclas sin la necesidad de experimentar en todo el rango. Una EOS permite, a través de un modelo común, conocer el comportamiento de una mezcla y reducir notablemente los costos de infraestructura, operación y tiempo. En tal sentido la Teoría Estadística del Fluido Asociado (SAFT), es una muy buena herramienta para intra y extrapolar comportamientos de equilibrio de fases, considerando su inpiración teórico-molecular y su buena representación de la realidad. El desarrollo de un Diagrama Global de Fases con una EOS como SAFT es una potente herramienta, pues permite conocer el comportamiento de una mezcla en todo el rango de condiciones. En tal dirección es que esta investigación incorpora la región de la corona, condición de alta presión donde el comportamiento de las líneas críticas presentan inflexiones. Las mezclas que presentan este tipo de comportamiento son candidatas a extracción supercrítica. La conducta barotrópica, que corresponde a la inversión de densidades másicas, es estudiada a profundidad, encontrándose un mecanismo transicional válido para equilibrios heteroazeotrópicos, probado en los sistemas CO2+n-alcanos y perfluroalcanos+n-alcanos. Por una parte se verifica la buena correspondencia entre el comportamiento experimental y el predicho por SAFT. Esto entrega confianza de la extrapolación de comportamientos, encontrándose fenómenos bastante particulares en la región de altas presiones. Desde un punto de vista estructural, el hecho de que una EOS como SAFT considere formalmente el efecto de forma a través de un término de cadena, permite obtener regiones de miscibilidad del equilibrio de fases, mayores que EOS que incluyen el efecto de forma a través del factor acéntrico. Finalmente el estudio de la barotropía, propició el desarrollo de un mecanismo transicional consistente termodinámicamente hablando y con buena concordancia del comportamiento experimental válido para sistemas asimétricos.