Search

La optimización termodinámica de un proceso se enfoca en el consumo, la producción y el uso eficiente de la energía. La naturaleza de estado no estacionario del procesamientoen reactorestipo batchrequieredescribir el comportamiento dinámico del conjunto de procesosen términos de optimización de energía. Este trabajo tiene como objetivo aplicar el formalismo de la termodinámica química a un sistema químico de múltiples etapasen un reactortipo batch, buscando obtener una descripción dinámica de su evolución hacia el estado de equilibrio. Como sistema de estudio, seleccionamoselmodelo matemático conocido como elOrego-nator, que se deriva del mecanismo de la reacción oscilante de Belousov-Zhabotinsky. En la metodología, utilizamos el cociente de reacción para evaluar la función de Gibbs, la afinidad termodinámica y la generación de entropía en función del grado de avancede la reacción. Los resultados muestran que la reacción global cumple con los fundamentos termodinámicos del equilibrio químico, a pesar de tener un coeficiente no estequiométrico. Sin embargo, el sistema de reacciónconmúltiples pasosacopladosno permite verificar el cumplimiento de los fundamentos termodinámicos del equilibrio químico. Concluimos que es necesario mejorar el forma-lismo termodinámico para describir los procesos químicos de múltiples pasos en funciónde una variable global deavance de lareacción. En este escenario, la velocidadde generaciónde entropía surge comouna cantidad prometedora., The thermodynamic optimization of a process focuses on consumption, production, and efficient use of energy. The unsteady-state nature of batch reactor processing requires describing the set of processes’ dynamic behavior for energy optimization. This work aims to apply the formalism of chemical thermodynamics to a multistep chemical system in a batch reactor, aiming for a dynamic description of its evolution to the equilibrium state. As the system of study, we selected a mathematical model called the Oregonator, derived from the mechanism of the oscillating Belousov-Zhabotinsky reaction. In the methodology, we used the reaction quotient to evaluate the Gibbs function, the thermodynamic affinity, and the entropy generation as a function of the reaction extent. The results show that the overall reaction fulfills the thermodynamic fundamentals of chemical equilibrium, despite having a non-stoichiometric coefficient. However, the multistep coupled reaction system does not allow verifying compliance with the thermodynamic foundations of chemical equilibrium. We conclude that it is necessary to improve thermodynamic formalism to describe multistep chemical processes as a function of a global reaction extent variable. In this scenario, the entropy production rate emerges as a promising quantity.

Modeling and computational simulation of the carbon monoxide oxidation process, taken as a key system to analyze the importance of the dynamic description of active sites into the process yield, are presented in this work. To this aim, the formalism of transport phenomena and population balances are used to implement a realistic model that involves heat exchange, transfer of mass and momentum, chemical reaction, and catalyst deactivation. The model is solved numerically, and the analysis is made by comparing isothermal pseudo-steady state approximation with non-isothermal non-steady state assumption for the catalytic cycle. The results show the advantage of considering the interface explicitly into the model since temporary changes of the reactive complex as well as the active sites of the catalyst have a great influence over the reaction yield. By considering this fact, the reaction description is made in a more proper way., En este trabajo presentamos el modelamiento y simulación computacional de la oxidación del monóxido de carbono, proceso que tomamos como referente para analizar la importancia de describir la dinámica de los sitios activos en el rendimiento del proceso catalítico. Utilizamos el formalismo de los procesos de transporte y los balances poblaciones para desarrollar un modelo realístico que involucra el intercambio de calor, la transferencia de masa y de momentum, la reacción química y la desactivación del catalizador. El modelo propuesto se resuelve numéricamente y se hace un análisis comparativo de los resultados entre la aproximación de pseudo estado estacionario isotérmico y el estado no-estacionario no-isotérmico para el ciclo catalítico. Los resultados obtenidos muestran la importancia de considerar en el modelo la interfase de manera explícita, ya que la dinámica temporal de la reacción y de los sitios activos influyen de manera significativa en el rendimiento del proceso catalítico.

Muscles are thermogenic organs for adult mammals and birds but can also be thermosensitive. In this respect, recent research has shown the excitability of cardiac muscle tissue when irradiated with infrared laser light. Likewise, intrinsic muscle function should give place to local thermal gradients, either because of Ca2+-ATPase thermoregulatory mechanisms or, specifically in the skeletal muscle, after intense exercise. Alongside internal thermal gradients, muscle fatigue characterizes by stressful cellular conditions. Similar to stress-like conditions has been documented in myocytes from rats, the emergence of oscillations of important biochemical species [1]. We show how a thermal gradient or a thermal pulse influences the dynamics of biochemical oscillations in a simplified biochemical model of muscle fiber and discuss the consequences in a living muscle. For this purpose, each simplified sarcomere behavior is governed according to a modified Sal'nikov model, as proposed in a previous paper [2]., Los músculos son órganos termogénicos en los mamíferos adultos y las aves, pero también pueden actuar como sistemas termosensibles. Por ejemplo, investigaciones recientes han mostrado la excitabilidad del tejido muscular cardiaco cuando se irradia con luz infrarroja. Del funcionamiento inherente del músculo aparecen gradientes térmicos, ya sea por mecanismos termorregulatorios de la Ca2+-ATPasa o, en el músculo esquelético, después de ejercicio intenso. Junto con los gradientes térmicos, la fatiga muscular está caracterizada por condiciones celulares de estrés. Se ha documentado que en estas condiciones en los miocitos de rata aparecen oscilaciones de especies bioquímicas importantes [1]. Nosotros mostramos cómo un gradiente térmico, o un pulso térmico, influencia la dinámica de oscilaciones bioquímicas en un modelo simplificado de una fibra muscular y discutimos posibles consecuencias en el tejido vivo. Para este propósito, cada sarcómero se modela de acuerdo con el modelo Sal’nikov simplificado, como se propuso en un artículo anterior [2].