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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

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


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.


Las Ciencias Básicas La vida cotidiana

Física

Química

Matemáticas


Las Ciencias Básicas La Investigación

Todos Investigan:

•Físicos

•Químicos

•Matemático

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

•Médicos

•Abogados, Contadores, etc.

Ciencias Básicas



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



Disponibilidad de la información del comportamiento de las sustancias:

• Experimentación• Métodos de predicción

Modelos matemáticos Modelos moleculares Termodinámica





El equilibrio de fasesEl equilibrio de fases

Experimentación Simulación Molecular



• 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



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



Modelos molecularesEsférica Rígida lineal

co

lc-o

C

qcqo qo

Kr



Rígida no lineal Flexible

Modelos moleculares

Modelo molecular del agua

Modelo molecular del n-undecano



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



Tipos de interacciones o fuerzas intermoleculares

- Atracción- Repulsión

•Distancia entre dos puntos•Estructura de la molécula



ResultadosPropuesta para el equilibrio de tres fases

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


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

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



ResultadosConfiguraciones moleculares de las fases en coexistencia

Agua + n-Hexano



• Nuevos modelos moleculares

• Equilibrio multifásico

• Puntos críticos, tricríticos

• Propiedades Termodinámicas

• Reología de fluidos complejos

Trabajos


Las Ciencias Básicas La Tecnología

Las Industrias:

-Químicas

-Farmacéuticas

-Petroquímicas

-Alimenticias

-Etc.

TecnologíaTecnología



Puesta en marcha de una planta procesadora de Papa

• Implementación del proceso

• Implementación del equipo



Proceso continuo del freído de Papa

PeladorLavador

DosificadorRebanador Freidor

SaborizadorEmpaquetado

Materia

prima

Producto

terminado



Lavador - Dosificador

Especificar:

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

h

600 Kg/hrPapa cruda



Volumen Contenedor

Se determina:

Densidad Papa

recipiente

papapapa V

m

Volumen contenedor:

papa

KgmV

)(


Las Ciencias Básicas La TecnologíaLas Ciencias Básicas La Tecnología

Carcasa

Lamina de acero inoxidable

r r

L

222

2 rP



Carcasa

Lamina de acero inoxidable

tAV

contenedor



Tornillo sin fin

Velocidad Tornillo

• Círculos a la mitad

• Inversor de frecuencia



FreidorEspecificar:

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

200 Kg/hrPapa frita



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



scm

tL

vf

papa 5.2

Velocidad promedio

Velocidad angular = ?

wrv

Movimiento Circular

1v2v

2r1r

rodillo

papas

r

vw



Velocidad angular"1rodillor

rpmw 11

Tiempo de freído

• % humedad de la papa• Inversor de frecuencia

¡Son básicas las Ciencias Básicas!


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