Modelación Dinámica y de Bifurcación de Reactores Químicos. Teoría y Aplicación a Casos de Estudio Reales

Los fenómenos de inestabilidad, inherentes o inducidos, en reactores químicos afectan significativamente su desempeño. Su ocurrencia depende, principalmente, de la naturaleza de los reactantes y de las condiciones de operación de la reacción. Para que un proceso reactivo opere a condiciones seguras, es necesario evitar regiones o condiciones que puedan propiciar la aparición de dichos fenómenos. A pesar de la amplía teoría matemática disponible para el estudio de los sistemas reactivos, de la capacidad de las herramientas computacionales modernas, y de la conciencia que se tiene sobre la respuesta dinámica de algunos procesos reactivos, aún se siguen reportando incidentes asociados a procesos reactivos fuera de control (v. g., desastre de Bhopal, la explosión de Yung-Hsin, el desastre de Kursk). Peor aún, en la literatura abierta es común encontrar estudios cuyas simplificaciones los hacen poco realistas. Por estas razones, en esta tesis se estableció una metodología apropiada, sistemática y bien fundamentada para el estudio de la dinámica de sistemas reactivos. Esta permitió predecir y caracterizar los diferentes comportamientos de los sistemas reactivos seleccionados y posteriormente discriminar las regiones estables e inestables. Esta metodología se basa en los principios de las teorías de la singularidad y las bifurcaciones. De ella se realizó una corta revisión, a manera de guía para ingenieros químicos, con el fin de brindar más claridad sobre su aplicación al estudio de la estabilidad de reactores químicos. Además, se implementó un método de continuación para la construcción de diferentes diagramas de bifurcación usando la interfaz gráfica de Matcont, disponible en el software de MatLab®. En síntesis las etapas que se consideraron en esta tesis fueron: la síntesis o deducción de los modelos dinámicos, reparametrización de los mismos, determinación de un estado estacionario a condiciones fijas, continuación de soluciones y reconocimiento de bifurcaciones, construcción de diagramas de bifurcación de codimensión 1, continuación de soluciones y reconocimiento de bifurcaciones codimensión 2 a partir de una de codimensión 1, construcción de diagramas de continuación, verificación del comportamiento de los sistemas alrededor de la bifurcaciones de codimensión 2 y pruebas de sensibilidad mediante el cálculo de series de tiempo a diferentes perturbaciones de los parámetros. Todas ellas fueron incluidas en el estudio dinámico de los sistemas reactivos seleccionados: hidrólisis de isocianato de metilo, síntesis de ácido acético a partir de anhídrido acético, hidratación ácido-catalizada de glicidol, descomposición de peróxido de hidrógeno e hidrólisis de cloruro de acetilo. Se logró demostrar que el comportamiento oscilatorio de las variables de estado y la multiplicidad de estados estacionarios son predominantes en amplias regiones de operación estos sistemas. En algunos casos, la capacidad predictiva de los modelos propuestos permitió contrastar los resultados con datos experimentales (o de planta) disponibles de la literatura (Texto tomado de la fuente)

• Autores: Ojeda Toro, Juan Carlos
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2019
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/77173
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/77173; http://bdigital.unal.edu.co/74657/
• Palabra clave: Estabilidad en reactores químicos; Modelos dinámicos; Análisis de estabilidad térmico; Teoría de la singularidad; Teoría de las bifurcaciones; Continuación; Stability in chemical reactors; Dynamic models; Termal stability analysis; Singularity theory; Bifurcation theory; Continuation
• Rights: openAccess
• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional