Alcances de un método aproximado para la solución de problemas de transporte y reacción - Morales Cabrera, Miguel Ángel (Universidad Autónoma Metropolitana, 2004)
En el presente trabajo se evalúan los alcances de un método aproximado que permite resolver analíticamente problemas de transporte y reacción química con cinéticas no lineales. La evaluación del método aproximado se realiza tomando como referencia los resultados de las soluciones numéricas de los problemas. El método se basa en expandir en series de Taylor el término de velocidad de reacción de las ecuaciones de conservación de materia, alrededor de un punto de referencia en donde la mayoría de las condiciones del sistema son conocidas. La aproximación se introduce cuando se simplifica la expansión en series de Taylor hasta el término de primer orden, quedando una expresión de velocidad de reacción linealizada. En particular, se eligieron dos casos de estudio y de interés actual en la ingeniería química. Uno es el problema de transporte aumentado por reacción química reversible en membranas líquidas y el otro es el problema de difusión con reacción química en partículas catalíticas contemplando desactivación por deposición de coque. Para la evaluación de los alcances del método aproximado se consideraron varias cinéticas no lineales en cada uno de los problemas, y con esto se determinó la capacidad del método y su eficiencia al variar el grado de no linealidad de las expresiones cinéticas. Por un lado, se encontró que el método aproximado tiene potencial como una herramienta matemática para la solución de problemas de transporte y reacción, ya que ofrece varias ventajas entre las cuales se pueden mencionar que: a) provee una forma directa y rápida para obtener expresiones analíticas de los perfiles de concentración de todas las especies que participan en el sistema, y como consecuencia también se obtiene una estimación directa y rápida de propiedades globales del sistema; y b) las expresiones analíticas obtenidas para un problema específico se pueden extender fácilmente y sin mayores complicaciones para evaluar diferentes tipos de expresiones cinéticas. Por otro lado, en la estimación de propiedades globales, los resultados de las simulaciones realizadas para cada problema demostraron que el método aproximado reproduce con diferencias aceptables los resultados de las soluciones numéricas. Pero, su eficiencia disminuye cuando se tratan expresiones cinéticas de mayor complejidad.