Modelo de gas de red en 2D para el estudio del grado de deformación de los hidratos de clatrato en presencia de la especie CO2 y CH4.

LONGONE P.; MARTIN A.; RAMIREZ PASTOR A. J.

San Luis

Jornada; Segunda Jornada Anual de Investigación en Física (JAIFI II); 2013

Departamento de Física (UNSL)- INFAP- CONICET

Los hidratos de clatrato son compuestos de inclusión caracterizados por la formación de una red regular que consta de espacios que pueden alojar moléculas de un huésped. Aunque originalmente se estudiaron por los problemas que ocasionaban al formar tapones en conducciones de gas, recientemente se han propuesto aplicaciones técnicas de hidratos como medios de almacenamiento o separación de gases, que estimulan un estudio detallado. En particular, es de interés desarrollar modelos que permitan predecir las condiciones de formación de diversos hidratos y describir sus propiedades. El modelo más utilizado en aplicaciones técnicas es el de van der Waals y Platteeuw (vdW-P). Este modelo es útil para la correlación de datos de formación de hidratos, pero tiene limitaciones en la predicción y el cálculo de variables derivadas, como la capacidad de almacenamiento del hidrato, que son de interés para el desarrollo de nuevas aplicaciones técnicas. Estas limitaciones se deben a suposiciones y simplificaciones introducidas en el modelo, entre las que destaca que se asume que la red de moléculas de agua tiene una geometría, mientras que se sabe que las moléculas de huésped distorsionan o deforman la red. Con un modelo de gas de red en 2D con múltiple ocupación de sitios y mediante simulación de Monte Carlo, se desarrollado un estudio del grado de deformación de las cavidades de los hidratos de clatrato de estructura tipo sI en presencia de las especies huésped tales como el CO2 y CH4. Con este estudio se logró determinar las condiciones de mayor estabilidad de los hidratos de clatratos. Como resultado se obtuvieron diagramas de fase calculados a partir del mínimo de la energía libre. Ya que el mínimo de la energía libre coincida con el mínimo de la deformación de la fase de hidratos y esto también muestra como resultado, que en estas condiciones existe una molécula por cavidad (este es el caso de mayor estabilidad para el hidrato). En conclusión donde existe el mínimo de la energía libre hay una molécula por cavidad y la menor deformación. A partir de este dato se puede calcular el valor de potencial químico donde existe este valor mínimo de energía libre para cualquier temperatura y desarrollar un diagrama de fase cualitativo que tiene muy bueno correspondencia con los experimentos y simulaciones en el continuo en 3D.