Estimación de propiedades termodinámicas de mezclas de gases en condiciones reales utilizando una herramienta computacional

Abstract

Se desarrolló una herramienta computacional para determinar las propiedades termodinámicas de gases y sus mezclas; particularmente, para el caso de las mezclas de gases productos de la combustión en motores de combustión interna. Se considera el Principio de Estados Correspondientes, a través de varios modelos publicados en literatura especializada. Las propiedades termodinámicas de los gases consideradas son: Presión (P), Temperatura (T), volumen específico (v), factor de compresibilidad (Z), entalpía (h), entropía (s) y energía interna (u). La investigación se dividió en cuatro fases: identificación de los fundamentos teóricos, diseño e implementación del algoritmo de cálculo y, finalmente, verificación de los resultados obtenidos. El modelo de cálculo se basa en los requerimientos de la Termodinámica y la Química utilizándose los modelos de Van der Waals, Redlich-Kwong, Redlich-Kwong-Soave, Peng-Pobinson, y las reglas de mezclado de Kay, Plocker-Knapp y Van der Waals. Para la determinación de las propiedades fue necesario el desarrollo e implementación de rutinas de aproximación numérica como: solución de ecuaciones de una variable, ajuste de curvas e integración y diferenciación numérica. El algoritmo de cálculo fue codificado en Visual Basic 6.0. Los resultados obtenidos del uso de la herramienta computacional fueron objeto de comparación con los publicados en la literatura especializada y con la resolución de un ejemplo manual verificándose que concuerdan satisfactoriamente; en ninguna aplicación se apreció un error relativo superior al 1%. El programa desarrollado puede simplificar, confiablemente, el trabajo de determinación de propiedades termodinámicas de gases y sus mezclas en condiciones reales. Permite analizar de manera eficiente la relación funcional que hay entre las diversas propiedades de los gases y sus mezclas. Al comparar con resultados experimentales, permite discernir sobre la precisión y la aplicabilidad entre los diversos modelos propuestos.