Universidad Autónoma de Tlaxcala

Facultad de Ciencias Básicas, Ingeniería y Tecnología

LAS CIENCIAS BÁSICAS EN LA INVESTIGACIÓN Y LA TECNOLOGÍA

Dr. Arturo Elías DomínguezIngeniería Química

I Congreso Nacional de Ciencias Básicas

Instituto Tecnológico de Apizaco

Octubre 2006

                     

LAS CIENCIAS BÁSICAS EN LA INVESTIGACIÓN Y LA TECNOLOGÍA

Las Ciencias Básicas

Física

Química

Matemáticas

Ciencia que estudia la materia y la energía, y las leyes que tienden a modificar su estado y su movimiento.

Ciencia que estudia la transformación de los materiales en otros totalmente distintos.

Ciencia que estudia los números y las figuras geométricas y las relaciones que existen entre ellos.

“razonamiento lógico deductivo”

Física

Química

Matemáticas

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Las Ciencias Básicas

Compuestos, Estructura molecular, nomenclatura, reacciones químicas, etc.

Aritmética, Algebra, geometría, trigonometría, calculo diferencial e integral, ec. diferenciales, métodos numéricos, etc.

Tiempo, longitud, Propiedades físicas, Vectores, velocidad, aceleración, fuerza, leyes del movimiento, etc.

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Las Ciencias Básicas La vida cotidiana

Física

Química

Matemáticas

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Las Ciencias Básicas La Investigación

Todos Investigan:

•Físicos

•Químicos

•Matemático

•Ingenieros (Industriales, Químicos, Biotecnólogos, en computación, Electrónicos, etc.)

•Médicos

•Abogados, Contadores, etc.

Ciencias Básicas

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Las Ciencias Básicas La Investigación

Representación de una planta QuímicaRepresentación de una planta Química

Diseño y Operación óptimos de los procesos industriales.

Propiedades físicas y termodinámicas Equilibrio de fases Comportamiento volumétrico Solubilidades Propiedades térmicas (Capacidades caloríficas) Propiedades de transporte

Es importante conocer el comportamiento de las sustancias (mezclas) que intervienen

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Disponibilidad de la información del comportamiento de las sustancias:

• Experimentación• Métodos de predicción

Modelos matemáticos Modelos moleculares Termodinámica

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El equilibrio de fasesEl equilibrio de fases

Experimentación Simulación Molecular

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• Solución numérica a los modelos moleculares.

• Experimentación por computadora.

• Exhibe la organización y el modo de movimiento de las partículas, a nivel molecular.

• Durante una simulación se monitorea como se manifiesta un fenómeno macroscópico.

• Otra herramienta de predicción.

Simulación molecular

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Movimientos Monte Carlo en el ensamble de Gibbs (NVT).

Desplazamiento de partículas

acc o n U n U o( ) min ,exp ( ) ( ) 1

• Números Aleatorios• Distribución de Probabilidad

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Modelos molecularesEsférica Rígida lineal

co

lc-o

C

qcqo qo

Kr

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Rígida no lineal Flexible

Modelos moleculares

Modelo molecular del agua

Modelo molecular del n-undecano

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Interacción molecularInteracción molecularPara definir a una molécula, ej. Ar,en el espacio, es suficiente dar lascoordenadas de un punto:

),,( 111 zyx Molécula 1

),,( 222 zyx Molécula 2

),,( NNN zyx Molécula N

...

ArSitio de

interacción

Centro de masa = Sitio de interacción

),,( 111 zyx

),,( 222 zyx ),,( 333 zyx

3612

4)(ji ij

Ar

ij

ArAr rr

rU

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Tipos de interacciones o fuerzas intermoleculares

- Atracción- Repulsión

•Distancia entre dos puntos•Estructura de la molécula

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ResultadosPropuesta para el equilibrio de tres fases

Esquema para el método de ensamble de Gibbs para tres fases.

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Cambio global (ensamble NVT) Cambio interno (ensamble NVT)

Movimientos Monte Carlo en el ensamble de Gibbs para tres fases.

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ResultadosConfiguraciones moleculares de las fases en coexistencia

Agua + n-Hexano

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• Nuevos modelos moleculares

• Equilibrio multifásico

• Puntos críticos, tricríticos

• Propiedades Termodinámicas

• Reología de fluidos complejos

Trabajos

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Las Industrias:

-Químicas

-Farmacéuticas

-Petroquímicas

-Alimenticias

-Etc.

TecnologíaTecnología

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Puesta en marcha de una planta procesadora de Papa

• Implementación del proceso

• Implementación del equipo

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Proceso continuo del freído de Papa

PeladorLavador

DosificadorRebanador Freidor

SaborizadorEmpaquetado

Materia

prima

Producto

terminado

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Lavador - Dosificador

Especificar:

*Diámetro tornillo*Diámetro flecha*Separación entre vuelta y vuelta*Cantidad de papa a contener m(Kg)

h

600 Kg/hrPapa cruda

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Volumen Contenedor

Se determina:

Densidad Papa

recipiente

papapapa V

m

Volumen contenedor:

papa

KgmV

)(

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Las Ciencias Básicas La TecnologíaLas Ciencias Básicas La Tecnología

Carcasa

Lamina de acero inoxidable

r r

L

222

2 rP

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Carcasa

Lamina de acero inoxidable

tAV

contenedor

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Tornillo sin fin

Velocidad Tornillo

• Círculos a la mitad

• Inversor de frecuencia

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FreidorEspecificar:

*Producción Kg/hr de papa cruda (P)*Ancho del freidor (H)

200 Kg/hrPapa frita

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Mas información:

• Tiempo de freído, tf• Área de freído/Kg papa frita Af • % humedad de la papa

Longitud freidora

H

APtL ff

lineálvelocidadvpapa angularvelocidadwmotor )/( scmvpapa

)(rpmwmotor

L=6 m

H=1.8 m

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scm

tL

vf

papa 5.2

Velocidad promedio

Velocidad angular = ?

wrv

Movimiento Circular

1v2v

2r1r

rodillo

papas

r

vw

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Velocidad angular"1rodillor

rpmw 11

Tiempo de freído

• % humedad de la papa• Inversor de frecuencia

¡Son básicas las Ciencias Básicas!

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