Desarrollo de una nueva herramienta para la validación de datos de equilibrio de fases. Su efecto en la simulación de procesos

Abstract

La investigación que se ha realizado y que conforma la Tesis Doctoral presentada, tiene como objetivo dar a conocer una nueva propuesta para evaluar la calidad de los datos obtenidos en situaciones de equilibrio de fases. Es importante resaltar dicho objetivo en base a la repercusión que la calidad de los datos obtenidos experimentalmente tiene en las siguientes etapas donde se maneja dicha información (modelización, simulación, etc), y especialmente en el diseño de procesos de ingeniería química. El método diseñado está basado en la resolución rigurosa de la ecuación de Gibbs-Duhem empleando procedimientos numéricos adecuados, dando lugar a dos formas independientes de comprobación denominadas forma-integral y forma-diferencial. La planificación de la investigación se comenzó con un estudio exhaustivo de antecedentes, llevando a cabo un análisis crítico de los procedimientos propuestos en la literatura. Se concluye que los métodos actuales, no ofrecen una garantía sobre la calidad de los datos, dando lugar en muchos casos a valoraciones contradictorias. Para evaluar la los valores de equilibrio entre fases se generan parámetros específicos que permiten una valoración global del conjunto, y también punto-a-punto. Se establecen límites numéricos para dichos parámetros y para los diferentes casos de equilibrio, cuyo valor se adapta a la incertidumbre asociada a un determinado sistema. Se generan previamente unas soluciones ¿hipotéticas?, en los que se inducen errores conocidos de las diferentes variables que caracterizan los equilibrios. Establecida la metodología, esta se aplica a una base de datos generada para este trabajo, utilizando más de 500 sistemas, con el fin de verificar su consistencia termodinámica, dependiendo de los casos de equilibrio de fases, realizando una comparativa de los resultados obtenidos con el nuevo método y otros que se consideraron usuales en esta temática. El método propuesto resulta riguroso, garantizando que los datos validados puedan ser empleados en cálculos posteriores, principalmente en el diseño de unidades de proceso. Con su aplicación se evita el empleo de los métodos clásicos. Una recomendación importante en la metodología propuesta se refiere a la modelización, ya que los resultados finales dependen de la elección adecuada del modelo y del procedimiento de correlación de datos. Por ello, dentro de la línea de trabajo establecida para esta investigación predoctoral se incluye la realización de avances en la modelización de datos de equilibrio de fases. Como resultado se incluye en las publicaciones y en la memoria la generalización de un modelo previamente establecido a múltiples tipos de equilibrio de fase y a sistemas con gran cantidad de componentes. En la memoria se presentan ejemplos valorando la repercusión del modelo y del procedimiento en el diseño final de una operación de destilación. En dichos ejemplos, diferentes series de datos de equilibrio de una misma solución son utilizados, vía modelización, para diseñar sistemas de separación adecuados, obteniéndose resultados diferentes para cada serie. La evaluación de la calidad de cada una de ellas, con la metodología propuesta, da lugar a que la utilización de datos con consistencia comprobada por un método riguroso, resulta fundamental para garantizar la calidad del diseño de equipos.

Como aplicación del trabajo, el test de consistencia desarrollado se empleó como herramienta para un estudio sobre las medidas de datos de equilibrio líquido-vapor en Centros de Investigación públicos españoles. Dicho estudio, cuyo contenido se reproduce en parte en el documento de Tesis Doctoral, permite considerar de forma objetiva la importante contribución realizada por diferentes investigaciones desarrolladas en nuestro país, a esta área del conocimiento. Al mismo tiempo, supone un ejemplo de la aplicación de la metodología propuesta a estudios científicos sobre equilibrio de fase, con diferente objetivo y finalidad.