Predicción de propiedades termodinámicas de soluciones refrigerantes líquidas a partir de la energía libre de Gibbs de exceso

PERALTA, J. M.; RUBIOLO, A. C.; ZORRILLA, S. E.

Buenos Aires - Argentina

Congreso; XXII Congreso Interamericano de Ingeniería Química y V Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2006

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos (AAIQ)

Los sistemas de refrigeración y/o congelación de alimentos por inmersión y un reciente método conocido como congelación por hidrofluidización, utilizan soluciones acuosas a bajas temperaturas. Los refrigerantes utilizados en estos sistemas son del tipo secundario como por ejemplo soluciones acuosas binarias o multicomponente de NaCl, CaCl2, KCl, etanol, glucosa, etc. Varias ventajas, tanto técnicas como económicas, han sido informadas por el uso de estos refrigerantes líquidos en comparación con los métodos de refrigeración y congelación tradicionales tales como, altas tasas de transferencia de calor, gran versatilidad, bajos costos operacionales y de inversión, y compatibilidad con el medio ambiente. Los modelos matemáticos para estimar las propiedades termodinámicas de estos refrigerantes y que tengan en cuenta tanto la naturaleza de los solutos involucrados como los rangos de concentración y temperaturas empleados en estas operaciones, son escasos. El modelado de las propiedades termodinámicas de una solución puede ser realizado a través de la energía libre de Gibbs, conociendo su dependencia con la temperatura, la presión y la concentración. Este trabajo tiene por objetivo estudiar el comportamiento de un modelo termodinámico de energía libre de Gibbs de exceso para sistemas mezclas de electrolitos y no-electrolitos, considerando las condiciones de temperatura y concentración utilizadas en la refrigeración y/o congelación de alimentos por inmersión en soluciones refrigerantes líquidas. En este caso, se usó el modelo UNIQUAC extendido para electrolitos. Este es un modelo de composiciones locales derivado del modelo UNIQUAC original al cual se le adiciona un término del tipo Debye-Hückel para tener en cuenta las interacciones de largo alcance. Para una mayor versatilidad, los electrolitos son considerados como suma de los iones que los componen. El modelo sólo requiere parámetros de interacción binarios además de los parámetros propios de cada especie química. Se presenta el desarrollo del modelo completo para las propiedades termodinámicas de soluciones multicomponente. Se compararon los valores de capacidad calorífica, temperatura inicial de congelación y densidad, estimados por el modelo con datos experimentales extraídos de la bibliografía. Dichas comparaciones se realizaron, como una primera etapa del estudio, para soluciones binarias (NaCl, KCl, CaCl2, etanol). Para la estimación de la densidad fue necesaria la incorporación de sólo dos parámetros adicionales por cada especie química involucrada. En general, las propiedades estudiadas fueron predichas satisfactoriamente por el modelo, observándose un buen comportamiento para temperaturas por encima de 0ºC. A temperaturas muy bajas, se observa una concordancia levemente inferior. Sin embargo, es necesario comparar el modelo con mayor cantidad de datos experimentales, lo cual actualmente estamos llevando a cabo.