Termodinámica y comportamiento de fases de fluidos en ingeniería

Curso de Doctorado: Termodinámica y Comportamientos de Fases de Fluidos en Ingeniería

Res. 1589-2016.

Fecha de inicio: Martes 27 de Julio

Lugar: Facultad de Ciencias Exactas físicas y Naturales

Docentes: Dr. José Scilipoti, Prof. Martin Cismondi, Dr. Nicolas Gañan, Dr. Juan Manuel Milanesio, Dr. Gerardo Pisoni, Dra. Belén Rodriguez Reartes

Objetivo y Resumen
El objetivo del curso es profundizar conocimientos en temas relativos al comportamiento de fases de fluidos como también de propiedades termodinámicas o PVT, se abarcarán distintos tipos de modelos y su implementación, en especial ecuaciones de estado. También se accederá a software específico, adquiriendo herramientas y conocimientos para el desarrollo de algoritmos de cálculo propios.

Destinatarios
El curso está dirigido a graduados universitarios, principalmente en Ingeniería Química y disciplinas afines que estén realizando un doctorado u otro postgrado, como también a profesionales de la industria que puedan estar interesados. Como prerrequisito, se recomienda contar con conocimientos básicos de Termodinámica en Ingeniería Química y en lo posible también en programación, preferentemente en lenguaje fortran o python.

Duración
64 horas distribuidas en 16 semanas

Aranceles:
Sin costo para alumnos de este u otros Doctorados de Universidades Nacionales
Otros participantes: $10.000

Inscripciones
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Programa del curso

1. Introducción

• Presentación del curso. Motivación y contenidos. Importancia de los comportamientos de fases en la producción, procesamiento y transporte de fluidos. Aplicaciones del modelado termodinámico.

2. Comportamientos de fases y diagramas

• Equilibrio líquido-vapor. Curva de presión de vapor para sustancias puras y envolventes de fases para mezclas. Punto crítico y estado supercrítico. Puntos de burbuja y rocío. Condensación retrógrada. Práctica con el software Fluids.
• Grados de libertad (Regla de las fases de Gibbs y Teorema de Duhem).
• Clasificación de van Konynenburg y Scott para comportamientos en sistemas binarios. Líneas críticas, trifásicas LLV y azeotrópicas. Puntos terminales. Práctica con GPEC.
• Sistemas ternarios: De diagramas a T y P constantes a líneas críticas y trifásicas a T o P constante. Fenómenos globales. Superficies: críticas y trifásicas. Líneas uni-variantes: tetrafásicas y críticas terminales. Puntos invariantes: crítico terminal tetrafásico y tricrítico.
• Envolventes complejas en mezclas multicomponente. Práctica con Fluids.
• Ecuaciones generales del equilibrio entre fases. Potencial químico, fugacidad y ecuaciones de estado como el tipo de modelos más completo y consistente.
• Estabilidad de fases: conceptos y aplicaciones.

3. Medición experimental de equilibrios de fases y otras propiedades

• Celdas de equilibrio: características de diseño y operativas. Materiales e instrumentación. Clasificación de los métodos experimentales.
• Métodos sintéticos. Observación directa o determinación indirecta de transiciones de fase: puntos de saturación y puntos críticos.
• Métodos analíticos. Análisis de la composición de las fases: métodos externos (con muestreo) o in situ (sin muestreo). Técnicas e instrumental de muestreo. Métodos dinámicos continuos y semicontinuos.
• Medición de equilibrios a alta presión. Cálculos y ejemplos.

4. Tipos y Temas Específicos de Ecuaciones de Estado

• Ecuaciones multiparamétricas para fluidos puros.
• Ecuaciones de estado extensibles a mezclas. Ecuaciones de dos parámetros.
• Ecuaciones que incorporan un tercer parámetro estructural: cúbicas, SAFT y otras.
• Dependencia con la temperatura de los parámetros atractivo y repulsivo.
• Reglas de mezclado y combinación.
• Traslación de volumen en ecuaciones cúbicas. Implementación. Ejemplos.
• La ecuación a contribución grupal GC-EOS.
• Término asociativo. Teoría química y teoría física de asociación. Grupos, sitios y esquemas asociativos.
• Ecuaciones SAFT, CPA y GCA-EoS.

5. Algoritmos y Metodologías de Cálculo para mezclas multicomponente

• Fugacidades y otras variables y propiedades a partir de ecuaciones de estado.
• Flash bifásico líquido-vapor según método de Michelsen.
• Adaptaciones para especificación T-v.
• Puntos de saturación y envolventes de fases según método de Michelsen.
• Métodos de continuación basados en un vector de sensitividades, más allá de la envolvente de fases. Aspectos de implementación.

6. Algoritmos y Metodologías de Cálculo para sustancias puras, sistemas binarios y ternarios

• Sustancias puras: punto crítico, raíces de volumen y curva de presión de vapor.
• Algoritmo y métodos de cálculo detrás de GPEC (sistemas binarios): Estrategia general. Líneas críticas, trifásicas y azeotrópicas. Critical End Points (CEP) y Azeotropic End Points (AEP). Regiones bifásicas. Construcción de diagramas isotérmicos e isobáricos completos. Isopletas.
• Sistemas ternarios: Sistemas de ecuaciones para el cálculo de diferentes fenómenos de equilibrio ternario. Estrategias de inicialización. Condiciones de estabilidad.

7. Parametrización de Ecuaciones de Estado

• Enfoques para compuestos puros. Procedimientos clásicos en ecuaciones cúbicas y ecuaciones modernas más complejas. “To match or not to match” (the critical point). Rescaling.
• Enfoques en mezclas. Tipos de datos a considerar. Funciones objetivo explícitas e implícitas. Enfoque combinado para la automatización de los ajustes.
• Algoritmos de búsqueda local y global.

8. Modelos de GE y Coeficientes de Actividad

• Funciones de exceso y coeficientes de actividad.
• Expresiones empíricas para funciones exceso (Porter-Margules, Redlich-Kister, etc.).
• Modelo de van Laar y ecuación de van der Waals.
• Teoría de soluciones regulares.
• Consistencia termodinámica. Subrutina CONSIST.
• Introducción a la teoría quasiquímica.
• Composiciones locales. Método de Scott. Modelos de Wilson, NRTL y UNIQUAC.
• Concepto de solución de grupos. UNIFAC y ASOG.
• Modelos UNIFAC con asociación: A-UNIFAC
• Termodinámica de soluciones de polímeros. Teoría de Flory-Huggins.
• Cálculo de equilibrio v-l con funciones de exceso.
• Regresión de datos experimentales. Bases de datos de equilibrio entre fases.

9. Equilibrios Sólido-Fluido

• Diagrama para sustancias puras. Fusión. Sublimación. Punto triple.
• Diagramas para sistemas binarios. Líneas SLV y SLL. Punto cuádruple. Envolventes.
• Enfoques de modelado: Múltiples sólidos puros y Solución sólida.
• Cálculo y enfoques para la fugacidad de un sólido puro.

10. Aplicaciones y temas específicos en Gas y Petróleo

• Distintos fluidos de reservorio: Criterios de clasificación, análisis composicionales y comportamientos. Ensayos PVT.
• Fluidos sintéticos. La ecuación de estado RKPR y sus ventajas frente a ecuaciones cúbicas clásicas como SRK y PR.
• Caracterización de fracciones pesadas para su modelado mediante ecuaciones de estado. Distribuciones. Estrategias según datos disponibles de peso molecular y densidad. Lumping. Estimación de parámetros de pseudos puros y sus interacciones.
• Simulación de ensayos PVT.
• Parafinas (aplicación de equilibrios sólido-fluido). WAT y curvas de precipitado.
• Asfaltenos. Su modelado como una segunda fase líquida. Diagramas.
• Comportamiento de fases en medios micro y nano-porosos como el shale, y distribución en presencia de kerógeno.

11. Aplicaciones y temas específicos en Biorefinerías

• Introducción y concepto de biorefinerías.
• Modelado termodinámico de procesos e “Ingeniería del Equilibrio de Fases” en el procesamiento de biomasa y derivados.
• Aplicación de los modelos A-UNIFAC y GCA-EoS a reactivos y productos que involucran la obtención del biodiesel.
• Aplicaciones de GC/GCA-EoS al procesamiento de fitoquímicos de alto valor agregado: antraquinonas, taninos, compuestos azufrados, terpenos.

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