Cómo calcular la ecuación de estado de gases reales con Van der Waals
Calcula presión, volumen y temperatura de gases reales con la ecuación de Van der Waals (1873): (P + a/V²)(V - b) = RT. Para N₂, O₂, CO₂, H₂O, CH₄, He, NH₃ — base de Repsol, Cepsa, Naturgy, Aspen HYSYS, NIST REFPROP, ICN2 Barcelona.
Reportar un error de cálculo
Ayúdanos a mejorar. Describe qué no cuadra en el cálculo.
Resultado
| Voce | Valore |
|---|
Mostrar detalles completos
Compartir resultado
Aviso: este cálculo tiene valor puramente indicativo. Para decisiones importantes, consulta a un profesional cualificado.
Cómo calcular la ecuación de estado de gases reales con Van der Waals permite describir el comportamiento de gases no ideales, incluyendo interacciones intermoleculares atractivas y volumen finito molecular. La fórmula fue derivada en 1873 por Johannes Diderik van der Waals (Universidad de Leiden, Premio Nobel 1910). La forma estándar es (P + a·n²/V²)·(V - n·b) = n·R·T. Para CO₂: a=0,3640, b=4,267×10⁻⁵; para H₂O: a=0,5536, b=3,049×10⁻⁵. Es el fundamento de cálculos de compresión y licuefacción de gases naturales para Repsol, Cepsa, Naturgy y Iberdrola, y la base de simulación de procesos químicos en Aspen HYSYS y NIST REFPROP, usada por industrias españolas y mundiales.
1. Ecuación de Van der Waals y constantes a, b
Las constantes a (atracción) y b (volumen excluido) se calculan del punto crítico: a = 27/64·R²·T_c²/P_c, b = R·T_c/(8·P_c). Para CO₂ (T_c=304,1 K, P_c=73,8 bar): a=0,3640, b=4,267×10⁻⁵. El factor de compresibilidad crítico Z_c = P_c·V_c/(R·T_c) = 3/8 = 0,375 en Van der Waals; experimentalmente 0,27-0,29 — discrepancia de ~25%.
2. Constantes para gases comunes
- He — a=0,00346, b=2,38×10⁻⁵; T_c=5,2 K.
- H₂ — a=0,02476, b=2,66×10⁻⁵; T_c=33,2 K.
- N₂ — a=0,1408, b=3,913×10⁻⁵; T_c=126,2 K.
- O₂ — a=0,1378, b=3,183×10⁻⁵; T_c=154,6 K.
- CO₂ — a=0,3640, b=4,267×10⁻⁵; T_c=304,1 K.
- H₂O — a=0,5536, b=3,049×10⁻⁵; T_c=647 K.
- CH₄ — a=0,2283, b=4,278×10⁻⁵; T_c=190,5 K. Base GNL Reganosa, Enagás.
- NH₃ — a=0,4225, b=3,707×10⁻⁵; T_c=405,4 K.
3. Rango de validez y correcciones
Van der Waals no describe con precisión: (
- región cerca del punto crítico (necesita teoría de grupos de renormalización Wilson, Nobel 1982); (
- líquidos densos (Z_c=0,375 vs 0,29 experimental); (
- gases con interacciones polares fuertes (H₂O, NH₃ — necesita SAFT). La regla de áreas iguales de Maxwell corrige la isoterma para coexistencia líquido-vapor. Para mezclas se necesitan reglas de mezcla Lorentz-Berthelot. Códigos NIST REFPROP, Aspen HYSYS, ProMax, AVEVA implementan ecuaciones más sofisticadas para industria petroquímica
4. Ejemplos numéricos
Ejemplo 1 — CO₂ a 25°C y 100 bar. V_m ≈ 4,9×10⁻⁴ m³/mol vs ideal 248 cm³/mol; Z = 1,98 lejos del régimen ideal.
Ejemplo 2 — N₂ a 200 K y 50 bar. V_m,VdW ≈ 3,1×10⁻⁴ m³/mol; Z ≈ 0,93, régimen moderado.
Ejemplo 3 — H₂O en punto crítico. V_c (VdW) = 9,15×10⁻⁵ m³/mol; experimental 5,6×10⁻⁵ → sobrestimación 63%, Z_c=0,375 vs 0,229.
5. Aplicaciones prácticas
- Industria GNL: Repsol, Cepsa, Naturgy en Reganosa, Sagunto, El Musel, Mugardos. Enagás transporta gas natural via gasoductos
- Refrigeración industrial: NH₃, CO₂, freon en industria alimentaria y química española
- Industria farmacéutica/alimentaria: extracción con CO₂ supercrítico para café descafeinado, aceites esenciales — usado por Saimaza, Marcilla, J. Garcia Carrion
- Hidrógeno verde: Repsol, Iberdrola, Naturgy desarrollan H₂ verde para movilidad e industria
- Petroquímica: Repsol Química produce polietileno, polipropileno
- Criogenia: He liquidado para imanes superconductores de Hospital La Paz Madrid, ALBA Cerdanyola, IFAE Barcelona
6. Casos especiales y aplicaciones avanzadas
Para fluidos supercríticos (T > T_c, P > P_c), Van der Waals predice comportamiento intermedio entre gas y líquido — base de la industria de extracción CO₂ supercrítica para café descafeinado en España. Para punto de ebullición a P dada, requiere resolución numérica con regla de Maxwell. Para enfriamiento Joule-Thomson, Van der Waals predice el punto de inversión — fundamental para licuefacción industrial Linde process para O₂, N₂, Ar usado por Air Liquide España, Linde España. Para reservorios de petróleo y gas, descripción de estado en profundidad (T hasta 200°C, P hasta 1000 bar), fundamental para Repsol Exploración.
Actualizado a julio de 2026
Comentarios (0)
Accede para dejar un comentario.
Sin comentarios aún. ¡Sé el primero!