La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte III: Aplicaciones de los Fundamentos de la Termodinámica

La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte III: Aplicaciones de los Fundamentos de la Termodinámica

Los elementos teóricos mencionados en la Parte II de esta serie de artículos, se ponen al servicio de una aplicación por primera vez en el empleo de las tablas de propiedades termodinámicas del agua, especialmente en fase vapor. Su importancia se debe a que el vapor es un servicio industrial casi omnipresente en fábricas y plantas de procesamiento, y además a que es la base de la comprensión de la tecnología de las plantas de generación de energía termoeléctrica. De hecho, una planta termoeléctrica es básicamente una máquina térmica, como la de Carnot, solo que de la vida real, de gran tamaño e impulsada por vapor de agua.
Con el fin de ilustrar los conceptos, se apela a dispositivos de carácter mecánico, como los mecanismos cilindro-pistón, otros ciclos de producción de potencia, como los de los automóviles o los que impulsan a los aviones, así como ciclos de refrigeración. Esos aparatos en sí no son lo que se estudia, pues eso es de interés de la ingeniería mecánica; lo que es importante para la ingeniería química es conocer qué le pasa a la materia y a la energía cuando esos aparatos los transforman y manipulan.
Llegado a este punto, formas específicas de la materia ganan protagonismo: los fluidos. En consecuencia ya no se habla mucho en términos de transformación de la materia, sino de transformación de los fluidos. Debido a la importancia práctica que tienen los gases en diversos procesos químicos industriales, se dedica particular atención a su comportamiento y a las múltiples expresiones matemáticas que relacionan cuantitativamente tres propiedades de gran relevancia: presión, volumen y temperatura; se trata de las llamadas ecuaciones de estado. Necesariamente esto tendrá que ir acompañado del uso y aprendizaje de métodos de cálculo, que aunque en algunos casos pueden resultar nuevos, no son demasiado complicados.
Con el estudio de las ecuaciones de estado; surgen ideas generales a cerca del comportamiento cualitativo de los fluidos puros. En esencia, todas las sustancias puras se comportan de manera similar: los líquidos se calientan hasta vaporizarse, los vapores se condensan si se los comprime, los líquidos se congelan si se los enfría, etc. Lo particularmente interesante está en el hecho de que varias fases fluidas pueden coexistir bajo determinadas condiciones particulares, siendo esto el abrebocas del siguiente peldaño en el estudio de la termodinámica