PHASEMAP: Diagramas de fase verificables en Python puro (stdlib)

El equilibrio de fases no se dibuja: se minimiza. Tangentes comunes sobre la envolvente convexa de G(x), refinadas con Newton hasta |Δμ| < 1×10⁻⁷ J/mol.

PHASEMAP es una librería Python para calcular y visualizar diagramas de fase binarios y multicomponente con rigor termodinámico, usando solo la biblioteca estándar (cero dependencias externas). Incluye modelo de solución regular con términos de Redlich-Kister, lacunas de miscibilidad, agua P–T (IAPWS-95 / Wagner) y un visor web interactivo Canvas sin frameworks.

Repositorio: https://github.com/amurlaniakea/phasemap

Visor en vivo: https://amurlaniakea.github.io/phasemap/

Licencia: AGPL-3.0-or-later

¿Qué hace PHASEMAP?

Instalación rápida

python3 -m venv .venv && source .venv/bin/activate pip install -e ".[dev]" python -m pytest -q # 80 tests en ~0.5 s python -m phasemap # CLI demo python scripts/build_data.py # Genera CSV + tabla de límites 

El paquete se instala en modo editable; el visor web está en web/index.html (se sirve estáticamente vía GitHub Pages).

Ejemplo mínimo

from phasemap import PRESETS, scan_diagram # Sistema Pb-Sn con parámetros ajustados a ASM system = PRESETS["pbsn"].system() # Barrido T-x: 200 temperaturas, 240 puntos de composición diagram = scan_diagram(system, rows=200, n=240) # Eutéctico calculado if diagram.eutectic: e = diagram.eutectic print(f"Eutéctico: T = {e['T']:.1f} K, x_Sn = {e['xE']:.3f}") # → Eutéctico: T = 447.0 K, x_Sn = 0.733 (ref ASM: 456 K, 0.739) # Segments de fase a 480 K from phasemap import equilibrium_at segs = equilibrium_at(system, 480.0) for s in segs: print(f" {s.label:8s} x ∈ [{s.x0:.3f}, {s.x1:.3f}] φ = {s.phase_fraction:.3f}") 

Salida típica:

Eutéctico: T = 447.0 K, x_Sn = 0.733 LIQUID x ∈ [0.000, 0.291] φ = 0.123 ALPHA+LIQUID x ∈ [0.291, 0.733] φ = 0.567 BETA+LIQUID x ∈ [0.733, 1.000] φ = 0.310 

Arquitectura del núcleo (stdlib only)

src/phasemap/ ├── core/ │ ├── gibbs.py # Constantes, entropía de mezcla, μₐ/μᵦ, clip numérico │ ├── hull.py # Envolvente convexa inferior (monotone chain O(n)) │ ├── equilibrium.py # Tangentes comunes, Newton 2×2, palanca, scan T-x │ └── multiphase.py # Motor multifase, compuestos de línea, invariantes ├── models/ │ ├── regular.py # Solución regular Bragg-Williams + Redlich-Kister │ ├── miscibility.py # Lacuna simétrica: T_c, binodal, espinodal analíticos │ └── water.py # Wagner (IAPWS-95), sublimación, fusión Ih, hielos III–VII └── systems/ ├── presets.py # Pb-Sn, Cu-Ni, Ag-Cu, Fe-C, Al-Si, genérico (refs ASM) └── compounds.py # Compuestos estequiométricos (Fe₃C, etc.) 

Sin numpy, scipy, pandas, matplotlib. Todo con math, dataclasses, itertools, csv, json. Esto hace que PHASEMAP sea:

• Portable: corre en cualquier Python ≥ 3.10 (incluyendo WASM / Pyodide)
• Auditable: < 2500 LOC en src/, cada derivada tiene test analítico
• Integrable: ideal como backend de notebooks, apps web, pipelines CI

Verificación contra datos experimentales

Transparencia: las desviaciones se declaran abiertamente en docs/limits.md. El modelo de solución regular (Ω independiente de T, sin entropía de exceso, una sola red) explica los límites sistemáticos — no se ocultan.

🎓 ¿En qué áreas de estudio y sectores se usa esto?

PHASEMAP no es solo un ejercicio académico: los diagramas de fase son la "hoja de ruta" de la ciencia de materiales y la termodinámica aplicada. Aquí tienes una guía por audiencia:

1. Ciencias de Materiales / Ingeniería Metalúrgica

• Diseño de aleaciones: predecir rangos de solubilidad, temperaturas de eutéctico/peritectico, fracciones de fase en equilibrio.
• Tratamientos térmicos: temple, revenido, envejecimiento → entender qué fases aparecen al enfriar desde el líquido o al recocer en estado sólido.
• Soldadura y brasado: aleaciones de aporte (Pb-Sn, Ag-Cu, Au-Sn) → elegir composición que funda a la temperatura deseada y solidifique sin grietas.
• Metalurgia de polvos / AM (manufactura aditiva): mapas de proceso, solidificación rápida, segregación microsegregación (regla de Scheil, futura).

2. Química Física / Termodinámica Química

• Enseñanza de equilibrio de fases: visualizar G(x) curvas, tangentes comunes, regla de la palanca, punto crítico de miscibilidad.
• Modelado de soluciones no ideales: Redlich-Kister, parámetros L₀/L₁, conexión con datos calorimétricos.
• Agua y fluidos geológicos: curva de saturación P–T, punto crítico, hielos de alta presión → planetología, criosfera, yacimientos geotérmicos.

3. Ingeniería Química / Procesos

• Destilación y extracción: diagramas T-x-y binarios → diseño de columnas, puntos de azeotropía (extensible).
• Cristalización fraccionada: purificación de sales, fármacos, semiconductores → lever rule para rendimientos.
• Diseño de disolventes: predicción de gaps de miscibilidad (lacuna) en sistemas orgánicos/acuosos.

4. Geología / Petrología / Cosmoquímica

• Sistemas silicatos: análogo simplificado a binarios eutécticos (p. ej. sistema diopsida-anortita).
• Meteoritos / diferenciación planetaria: solidificación de núcleo metálico (Fe-Ni-S, Fe-C) → PHASEMAP ya incluye Fe-C con cementita (Fe₃C).
• Hidrotermalismo: curva de agua P–T hasta 22 MPa / 647 K → yacimientos epitermales, black smokers.

5. Sector Industrial (ejemplos concretos)

6. Docencia universitaria (por qué usarlo en clase)

• Código legible: cada ecuación tiene su función, cada derivada su test → los estudiantes ven la termodinámica, no solo la fórmula.
• Experimentos numéricos: "¿qué pasa si aumento L₁?" → re-ejecutan y ven el eutéctico moverse en el visor web.
• Proyectos de fin de grado: extender a ternarios, añadir modelo sublattice (Al-Si), acoplar con CALPHAD (pycalphad, ESPEI).
• Reproducibilidad: pip install -e . && pytest → mismo resultado en cualquier máquina, sin contenedores pesados.

Roadmap (próximos hitos)

Cómo contribuir

1. Issues: reporta desviaciones, sugiere sistemas nuevos, pide features.
2. Datos: si tienes parámetros L₀/L₁ ajustados para un binario (ASM, SGTE, literatura), abre PR a systems/presets.py.
3. Modelos: implementar modelo sublattice (Compuesto de Bragg-Williams) para Al-Si, Fe-C ordenado.
4. Visor: mejoras UX, exportar SVG, animación de enfriamiento (Scheil).

git clone https://github.com/amurlaniakea/phasemap cd phasemap python3 -m venv .venv && source .venv/bin/activate pip install -e ".[dev]" pytest -q # hack away → PR a master 

Licencia y cita

AGPL-3.0-or-later — texto verbatim FSF en LICENSE (gnu.org).

@software{phasemap2025, author = {Pedro Sordo Martínez}, title = {PHASEMAP: Diagramas de fase verificables — núcleo stdlib}, version = {0.2.0}, year = {2025}, url = {https://github.com/amurlaniakea/phasemap}, license = {AGPL-3.0-or-later} } 

Conclusión

PHASEMAP demuestra que un núcleo termodinámico riguroso, auditable y sin dependencias es posible en ~2500 líneas de Python estándar. No sustituye a Thermo-Calc, FactSage o pycalphad/ESPEI para trabajo industrial pesado, pero cubre un nicho real:

• Enseñanza: caja de cristal donde cada ecuación es inspeccionable.
• Prototipado rápido: "¿este binario tiene eutéctico? ¿a qué T?" → respuesta en milisegundos.
• Base extensible: añadir modelos (sublattice, asociado, cuasi-químico) sin reescribir el solver.

Pruébalo en el visor en vivo → https://amurlaniakea.github.io/phasemap/

O clona, corre los tests, y empieza a explorar diagramas de fase de verdad.

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Autor: Pedro Sordo Martínez · amurlaniakea@gmail.com · @MagoPredator

Serie: Orbitae · Relmap · Phasemap