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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 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
LAS CIENCIAS BÁSICAS EN LA INVESTIGACIÓN Y LA TECNOLOGÍA
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 EN LA INVESTIGACIÓN Y LA TECNOLOGÍA
Las Ciencias Básicas La vida cotidiana
Física
Química
Matemáticas
LAS CIENCIAS BÁSICAS EN LA INVESTIGACIÓN Y LA TECNOLOGÍA
Las Ciencias Básicas La Investigación
Todos Investigan:
•Físicos
•Químicos
•Matemático
•Ingenieros (Industriales, Químicos, Biotecnólogos, en computación, Electrónicos, etc.)
•Médicos
•Abogados, Contadores, etc.
Ciencias Básicas
LAS CIENCIAS BÁSICAS EN LA INVESTIGACIÓN Y LA TECNOLOGÍA
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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Las Ciencias Básicas La Investigación
Disponibilidad de la información del comportamiento de las sustancias:
• Experimentación• Métodos de predicción
Modelos matemáticos Modelos moleculares Termodinámica
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Las Ciencias Básicas La Investigación
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Las Ciencias Básicas La Investigación
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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Las Ciencias Básicas La Investigación
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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