Dinámica de reactores de dos fases con cinética aproximada - Valdés Parada, Francisco José (Universidad Autónoma Metropolitana, 2004)
Los sistemas de transporte y reacción en más de una fase han ido adquiriendo un interés creciente en la comunidad científica y tecnológica debido a que la gran mayoría de los procesos industriales se llevan a cabo en sistemas no homogéneos. De la misma forma, es notable el interés que se ha dado en las últimas décadas por los sistemas catalizados por enzimas. Las enzimas como catalizadores son utilizadas actualmente en una gran variedad de procesos, como son la fabricación de etanol, insulina, ácido láctico, cerveza, vacunas, entre muchos otros; de hecho varias procesos clásicos han sido reemplazados por procesos enzimáticos debido a que en ocasiones ofrecen condiciones de reacción más fáciles de lograr y un menor daño al ambiente. Comprendiendo la importancia de las investigaciones dedicadas a sistemas biológicos, en este trabajo se aborda el problema de desarrollar soluciones de modelos de un reactor de tipo tanque agitado de dos fases donde se lleva a cabo una reacción enzimática con cinética de tipo Michaelis-Menten. Debido a la no linealidad del modelo exacto, se aproximará la expresión cinética de manera tal que no se pierda la física del problema. El modelado de sistemas biológicos no es un tema nuevo, en la literatura se han reportado soluciones analíticas en estado estacionario para sistemas homogéneos y heterogéneos simplificando la cinética a ordenes cero o uno dependiendo de la cantidad de sustrato presente y los estudios dedicados a sistemas en estado no estacionario han sido primordialmente de tipo numérico; por lo anterior, es claro que hasta el momento no se han reportado soluciones analíticas del modelo en estado transitorio y que linealicen la expresión cinética sin perder la física del problema original. Para mejorar la aproximación se incorpora la existencia de un frente de agotamiento del sustrato. Con el fin de comprobar los resultados obtenidos en forma aproximada, se compararon con los que se obtienen en forma numérica al resolver el problema de transporte y reacción en su forma exacta, es decir, sin aproximar, obteniendo en general un porcentaje de error menor al 10% entre las concentraciones en la fase fluida predichas por las dos soluciones en estado estacionario. Además, se resolvió el problema usando la idea de la Capa Límite, obteniendo resultados similares, en la fase fluida, a los obtenidos usando el método aproximado.