Análisis de la región supercrítica de sistemas fluidos cargados

Abstract

La descripción termodinámica de sistemas fluidos por debajo del punto crítico ha sido exhaustivamente estudiada mediante simulaciones y experimentos, que aunados al marco de la teoría de líquidos han provisto una descripción muy completa de las propiedades termofísicas de sistemas fluidos subcríticos. En los últimos años, ha habido un muy gran interés por las propiedades termodinámicas y dinámicas de fluidos supercríticos a partir del crecimiento exponencial de herramientas computacionales y avances tecnológicos, los cuales permitieron retar la visión tradicional en la cual se postulaba que a partir del punto crítico era imposible distinguir entre dos o más tipos de fases en la región supercrítica, exisitiendo solamente una única fase denominada simplemente como fluido supercrítico. A partir de ello, numerosas propuestas de curvas separatrices en la región supercrítica han surgido, las cuales pretenden separar la región supercrítica en distintas fases con base en diferentes criterios termodinámicos o dinámicos. En este trabajo se determinaron tres tipos de curvas separatrices: las denominadas líneas de Widom, construidas a partir de los máximos de distintas funciones de respuesta termodinámicas, a lo largo de trayectorias isotérmicas; la línea Zeno, i.e., la línea compuesta de los estados termodinámicos donde el factor de compresibilidad Z es igual a la unidad, la línea R = 0, donde el escalar de curvatura de Ricci termodinámico se anula. Finalmente una reciente propuesta llamada líneas PCI (Parallel Crtical Isocore) la cual se basa en la determinación de los máximos de la susceptibilidad isotérmica a partir de las isócoras críticas de la presión del sistema. Estas curvas se construyen a partir de distintos algoritmos numéricos para sistemas fluidos cargados, particularmente para aquellos cuyas interacciones intermoleculares electrostáticas son modeladas a través del potencial de Wolf, el cual permite la simulación de sistemas cargados mediante una suma esférica del potencial de interacción Coulómbica de las partículas del fluido. Como primera una primera introducción al cálculo de las líneas separatrices, se analiza la región supercrítica para un fluido que obedece la ecuación de estado de Van-der Waals, el cual permite una comparación entre la forma analítica y numérica de la obtención de las curvas separatrices. Finalmente, se construyen las líneas de Widom para un fluido modelado mediante un potencial de pozo cuadrado (SW), obteniéndose a continuación una equivalencia entre los parámetros físicos del sistema a partir de lo cual se realizó un análisis comparativo entre éstas y las líneas obtenidas para el fluido tipo Wolf.