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simulaciones demandantes.
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Medeiros, Milton
Milton Medeiros es doctor, especialista en termodinámica molecular, sistemas asociativos y simulación molecular. Profesor del Departamento de Fisicoquímica de la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México. Ha publicado los resultados de sus investigaciones en Journal of the Mexican Chemical Society, Journal of Molecular Liquids, Fluid Phase Equilibria e Industrial & Engineering Chemistry Research, entre otras revistas indizadas.
    [toc] => Prefacio	
1. Condiciones y criterios de equilibrio	
1.1 Tipos de estados de equilibrio	
12 Paredes y procesos	
1.3 Caracterización del estado de equilibrio en sistemas cerrados	
1.4 La ecuación fundamental de la termodinámica en sistemas cerrados	
1.5 Problemas	
2. Sistemas abiertos, potencial químico y fugacidad	
2.1 Potencial químico y las ecuaciones fundamentales para sistemas abiertos	
2.2 Potencial químico y el equilibrio material	
2.3 Ejemplos cotidianos - dependencias del potencial químico	
2.4 La ecuación fundamental integrada - la forma de Euler	
2.5 Paréntesis matemático - la ecuación fundamental	
2.6 El potencial químico de una sustancia en un gas ideal	
2.7 Fugacidad	
2.8 Actividad y coeficientes de fugacidad y actividad	
2.9 Referencias para el cálculo de fugacidades y actividades	
2.10 Problemas	
3. El problema general de la termodinámica	
3.1 Problemas intensivos - regla de las fases de Gibbs
3.2 Problemas flash	
3.3 Regla de la palanca	
3.4 Grados de libertad y control de procesos
3.5 Balance de entropía	
3.6 Problemas	
4. Envolventes de fase	
4.1 Sustancias puras	
4.2 Envolventes vapor-líquido y líquido-líquido de mezclas binarias
4.3 Mezclas ternarias - diagramas triangulares	
5. Ley de Raoult - Práctica 1	
5.1 Problemas	
6. Ley de Henry y balances de materia - Práctica 2	
6.1 Problemas	
7. Ecuación del flash rnulticomponente - Práctica 3
7.1 Problemas	
8. Ecuaciones de estado - cálculo de propiedades
8.1 Ecuaciones de estado	
8.2 Propiedades del gas ideal	
8.3 Propiedades residuales con ecuaciones explícitas en volumen
8.4 Propiedades residuales con ecuaciones explícitas en presión	
8.5 Propiedades de fases condensadas puras	
8.6 Problemas
9. Principio de estados correspondientes
9.1 El principio de estados correspondientes de dos parámetros, PEC-2	
9.2 El principio de estados correspondientes de tres parámetros, PEC-3
9.3 Correlaciones para líquidos	
9.4 Problemas
10. Ecuación de estado virial	
10.1 Formas explícitas en volumen yen presión	
10.2 Segundos coeficientes viriales para mezclas	
10.3 Estimación del segundo coeficiente virial	
10.4 Coeficientes de fugacidad	
10.5 Entalpías residuales	
10.6 Entropías residuales	
10.7 Problemas	
11. Propiedades termodinámicas con la ecuación virial - Práctica 4	
11.1 Flash adiabático	
11.2 Desobrecalentador	
11.3 Turbina isoentrópica	
11.4 Problemas	
12. Equilibrio líquido-vapor: ecuación virial y solución ideal - Práctica 5	
12.1 Problemas	
13. Ecuaciones de estado cúbicas	
13.1 Sustancias puras	
13.2 Mezclas - Teoría de un fluido	
13.3 Propiedades termodinámicas	
13.4 Desarrollo de ecuaciones de estado: presente y futuro	
14. Ecuaciones cúbicas para sustancias puras - Práctica 6	
14.1 Problemas	
15. Ecuaciones cúbicas para mezclas - Práctica 7	
15.1 Problemas	
16. Modelos de solución - cálculo de propiedades	
16.1 Propiedades de exceso y mezclado	
16.2 Fugacidades en fase líquida	
16.3 Propiedades de las soluciones ideales	
16.4 Soluciones no ideales - propiedades de exceso	
16.5 Modelos de solución para mezclas binarias	
16.6 Modelos de composición local	
16.7 Problemas	
17. Determinación de parámetros de modelos de solución - Práctica 8	
17.1 Problemas	
18. Equilibrio líquido-vapor multicomponente con el enfoque 70- Práctica 9	
18.1 Problemas	
19. Propiedades parciales molares y la ecuación de Gibbs-Duhem	
19.1 Propiedades parciales molares	
19.2 Ecuación de Gibbs-Duhem	
19,3 Consistencia termodinámica	
19.4 Problemas	
20. Equilibrio entre fases condensadas	
20.1 Estabilidad termodinámica	
20.2 Equilibrio líquido-líquido	
20.3 Equilibrio líquido-sólido	
20.4 Problemas	
21. Equilibrio líquido-líquido - Práctica 10	
21.1 Problemas	
22. Equilibrio químico	
22.1 Estequiometría	
22.2 Condición de equilibrio químico	
22.3 Estados de referencia	
22.4 La constante de equilibrio	
22.5 Principio de Le Chatelier	
22.6 Enfoque no estequiométrico	
22.7 Efectos térmicos en reactores	
22.8 Problemas	
Apéndice A. Propiedades termodinámicas
Apéndice B. Excel básico y el Solver	
B.1 Las referencias en Excel	
B.2 La herramienta Solver del Excel	
B.3 Ejemplos	
B.4 Problemas	
Índice analítico	
Simbología y abreviaturas
    [free_reading] => La termodinámica clásica es el fundamento científico de una significativa parte de las tecnologías presentes en los procesos químicos. Como ciencia, relaciona una serie de propiedades observables y medibles bajo la aproximación del equilibrio termodinámico. En mi opinión, junto a la cinética química y a los fenómenos de transporte, la termodinámica es uno de los tres pilares científicos de la Ingeniería Química. Con esta visión de ingeniero, en este texto consolidé mis notas personales elaboradas durante diez años de impartir el curso "Termodinámica Química", cuyo tema central es el equilibrio entre fases y el equilibrio, químico, con la intención de agregar algunas de las experiencias que viví por algunos años en actividades industriales. Durante este tiempo tuve la oportunidad de entender que la termodinámica no está compuesta solamente por ecuaciones y por conceptos abstractos. La manera como relaciona diversas propiedades, muchas veces me permitió entender y solucionar algunos problemas reales de forma rápida y precisa, sin necesidad de cálculos o simulaciones demandantes.
Dos fueron mis principales motivaciones para escribirlo. La primera es la falta de un libro de texto que siga la secuencia del plan de estudios del curso en la Facultad de Química de la UNAM. Los alumnos tienen que estudiar a través de fragmentos de otros libros y de sus apuntes personales. Eso dificulta su trabajo extra-aula y muchas veces los deja desorientados. Los temas desarrollados en las diversas referencias están en contextos diferentes al presentado en el curso. La segunda, y tal vez la principal motivación, es dar al estudiante la oportunidad de prepararse para la clase. Su postura normal es esperar la presentación del tema por el profesor y sólo entonces estudiarlo. Eso impide que los aspectos finos del temario y las dudas específicas sean aclarados en presencia del estudiante. Esta actitud también limita al profesor; buena parte del tiempo de las clases está dedicado a la explicación de temas que pueden entenderse mediante la lectura de estas notas.
Desde mi punto de vista, una de las principales dificultades de un estudiante en niveles básicos es la abstracción del mundo físico al lenguaje termodinámico, por lo que logré que gran parte de los enunciados de los ejemplos y ejercicios no tuvieran de manera directa términos termodinámicos, sino que utilicé un lenguaje más cercano a la ingeniería.
En cuanto a la solución numérica de problemas, parte del curso se dedica a mostrar al estudiante algunas técnicas con la utilización de computadoras. La idea central es plantear y programar las ecuaciones, así como implementar su solución de forma lo más transparente posible, es decir, sin la utilización de los paquetes tipo "caja negra" disponibles para la simulación de procesos químicos.
Durante los años que he impartido este curso he observado que, con frecuencia, los estudiantes confían demasiado en los resultados de un cálculo realizado por una computadora. Con regularidad se encuentran resultados no físicos que no resisten un análisis superficial, por lo que el estudiante debe ser capaz de identificarlos y entender el origen del error. Por citar algunos ejemplos: dar malos estimados iniciales para la solución de las ecuaciones, utilización de un modelo inadecuado al sistema y uso de correlaciones fuera de límite de validez, entre otros. Muchos de los problemas aquí propuestos tienen su convergencia condicionada a buenos estimados de la solución, con la posibilidad de soluciones múltiples y no físicas, para estimular el análisis crítico y cualitativo de los resultados obtenidos.
El tema de equilibrios de fases es muy extenso. Los modelos disponibles para describir sistemas termodinámicos aumentan en número y complejidad año a año. Sería imposible, en un curso de un semestre, cubrir el estado del arte de la termodinámica molecular. Así, otro objetivo importante es presentar la metodología empleada en termodinámica para que el estudiante, en posesión de un modelo molecular, sepa cómo proceder para resolver su problema particular. Los modelos aquí descritos son los ya consolidados y los más comúnmente empleados en la práctica de la Ingeniería Química.
La elaboración de este libro sólo fue posible debido a la retroalimentación de mis estudiantes a mi forma de comunicar el conocimiento. Después de mucho tiempo trabajando en esta área, no es sencillo saber qué tan difícil es lo que quiero enseñar. Un agradecimiento enorme a todos ellos. Agradezco también a los profesores que utilizaron mis notas, las revisaron, me dieron sugerencias con respecto a los problemas y en cuanto a temas que pudieran ser cubiertos. Jesús Gracia Fadrique, Carolina Bermúdez, Edgar Galicia y Germán Basurto, muchas gracias.
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