Nuevo modelo simple y generalizado para estimar la presión de vapor de hidrocarburos ligeros

New simple and generalized model to estimate the vapor pressure of light hydrocarbons

Una nueva ecuación es propuesta para el cálculo de la presión de vapor de hidrocarburos ligeros, aplicable en un amplio rango de temperatura. Se utilizaron datos de equilibrio liquido-vapor de 19 hidrocarburos de bajo peso molecular y mediante el algoritmo de Ladson, el cual minimiza la suma de los cuadrados de las desviaciones relativas de la presión de vapor, se determinaron parámetros y constantes propias del nuevo modelo y a partir del factor acéntrico se generaliza para cualquier sustancia pura. Para validar el nuevo modelo se efectuó su validación en 54 sustancias puras entre alcoholes, hidrocarburos, refrigerantes, gases nobles y sustancias inorgánicas, generando porcentajes de desviación relativas promedio de 1.504%. En el presente artículo se comparan los resultados obtenidos con otros modelos para el cálculo de la presión de vapor,los cuales indicaron que la nueva ecuación propuesta genera la menor desviación.

1. INTRODUCCIÓN

La estimación de la presión de vapor es esencial en la industria petroquímica debido a que se requiere para cálculos de equilibrios de fase en sistemas multicomponentes [1]. Por otro lado, su conocimiento es esencial en el diseño de diferentes equipos de ingeniería como refrigeradores, compresores, aire acondicionado, entre otros [2]. Es así como la presión de vapor juega un papel importante en las simulaciones numéricas de procesos de combustión, en los que cambios significativos de esta propiedad dan como resultado cambios en la atomización de combustible, velocidad de evaporación, procesos de formación de emisiones de contaminantes, entre otros [3]. Por tal motivo, existe un gran interés en la ingeniería sobre la medición y correlación de los valores de esta propiedad.

Diferentes ecuaciones para el cálculo de la presión de vapor están reportados en la literatura científica; dentro de los más conocidos se encuentran: Clausius, Antoine, Frost–Kalkwarf, Cox, Gomez–Thodos, Lemmon–Goodwin, Lee–Kesler, Wagner, Ambrose–Walton, Riedel, Lemmon–Goodwin [4], Sanjari [3], Sanjari et al., Mejbri- Bellagi [4].

La ecuación más común es la de Antoine de tres parámetros; sin embargo, es válida en un rango limitado de temperatura. Las ecuaciones de Gomez-Thodos y Lee-Kesler dependen de las propiedades de la sustancia como temperatura crítica, presión crítica y factor acéntrico, no obstante, no se describe la región cercana al punto crítico [5].  Por otro lado, la ecuación de Wagner con cuatro parámetros y dependiente de la presión crítica y temperatura crítica es considerada una gran contribución en los modelos de presión de vapor, porque representa con una gran precisión los datos experimentales de un gran número de sustancias, en el rango de coexistencia líquido-vapor desde el punto triple hasta el punto crítico [6], mientras que [3] y [7], son ecuaciones que dependen de un gran número de constantes por sustancia y carecen de generalización.