Uso de las condiciones de salto para el modelado de procesos de reacción y separación integrados - Aparicio Mauricio, Gustavo (Universidad Autónoma Metropolitana, 2013)
Para el análisis preliminar del comportamiento de los procesos que integran reacción y separación, se utilizan datos experimentales en conjunto con una simulación numérica basada en modelos matemáticos, con la finalidad de determinar la operación adecuada y los parámetros de diseño del sistema que incluye, dos o más fases. En el modelo se considera el efecto de los fenómenos de transporte acoplados con reacciones químicas o biológicas de una fase, cuya longitud característica, es mucho menor que las asociadas con las otras fases. Esta situación complica la solución del modelo, ya que al resolver la ecuación diferencial parcial gobernante de esta fase y las condiciones de frontera asociadas, se requiere una malla computacional con un gran número de nodos. Por lo tanto una posible alternativa de modelado de este tipo de sistemas, es reemplazar las ecuaciones diferenciales correspondientes a tal zona, por condiciones de frontera o salto. En este trabajo se analiza la validez del reemplazo de zonas con longitud pequeña por una superficie singular para un sistema en el que existe transporte de un soluto a través de una región formada por dos fases homogéneas, con el objetivo de encontrar la condición de salto, que reemplace a la fase donde ocurre difusión y reacción de manera simultánea. Utilizando conceptos matemáticos sencillos como las expansiones en series de Fourier y la identidad de Green, se desarrolla una solución analítica para el problema que considera una reacción lineal en una de las fases. Dicha solución es usada junto con dos funcionalidades (con respecto al tiempo) de la concentración en el seno del fluido situado a un lado de la región. Los resultados muestran que el tipo de funcionalidad en el tiempo no afecta la diferencia entre los fluxes de masa obtenidos con el modelo original y el que considera el salto. Adicionalmente se considera el análisis de dos casos no lineales donde también se explora el error que provoca el utilizar la condición de salto en el modelado.