proyecto

Simposio de

Termodinmica, Calorimetra y

Anlisis Trmico

XXXII Reunin Bienal de la Real Sociedad Espaola de Fsica

561

Hibridacin de biogs con energa solar trmica de concentracin. Proyecto BIOGASOL

F . Cuadros, F . Lpez-Rodrguez, A . Ruiz-Celma, F . Rubiales y A . Gonzlez-Gonzlez

Escuela de Ingenieras Industriales, Universidad de Extremadura. Avda. Elvas s/n, 06071 Badajoz; [email protected].

1. IntroduccinLos problemas medioambientales originados por la produccin masiva de residuos ha

despertado la sensibilidad ciudadana, exigiendo a las administraciones que stos se gestionen adecuadamente antes de ser vertidos al medio ambiente.

En lo que respecta a la industria crnica en Extremadura, durante el ao 2007 se sacrifi-caron en Extremadura un total de 1.397.040 reses (excluyendo el sacrificio de aves y conejos)[1], de las cuales 86.367 fueron de ganado bovino, 801.342 cerdos, 472.270 de ganado ovino y 37.061 de ganado caprino. Segn la misma fuente [1], el peso medio de los subproductos generados por cabeza de ganado son: 240 kg residuos/bovino, 9 kg residuos/ovino, 6 kg resi-duos/caprino y 45 kg residuo/porcino. Teniendo sto en cuenta, la cantidad de residuos ge-nerados en los mataderos de Extremadura en el sacrificio de estas reses en 2007 ascendera a 61.200 t/a aproximadamente. Este dato nos da una idea de la problemtica ambiental a la que nos enfrentamos y la importancia de la correcta gestin de dichos desechos.

Este problema de contaminacin puede solucionarse de manera eficaz mediante la diges-tin anaerobia (DA) de estos residuos.

2.- Metodologa

La digestin anaerobia (DA) es una tecnologa de degradacin biolgica de la materia orgnica en un medio anxico. Presenta dos grandes ventajas, por una parte la de producir lo que conocemos como biogs, que es una mezcla de CO2 (aproximadamente el 30%) y CH4 (el 70%) aprovechable energticamente, y adems se genera un lodo efluente libre de olores y rico en nutrientes aprovechable como enmienda orgnica.

Para el desarrollo y optimizacin del proceso son necesarios ensayos en plantas piloto para determinar, por un lado las condiciones idneas de la DA y paralelamente hacer un seguimiento microbiolgico exhaustivo de las poblaciones bacterianas que participan en la misma. Con estos datos es posible modelar matemticamente la cintica de estas poblaciones y poder extrapolar los resultados obtenidos a plantas de escala industrial.

En el proyecto se trata de optimizar el proceso de produccin elctrica a travs del biogs producido y la utilizacin combinada de un sistema de concentracin solar parablico que alimentan simultneamente a un motor Stirling conectado a un generador elctrico.

El sistema de concentracin solar que se utilizar consta de:

Anillo de cimentacin. Estructura soporte. Concentrador Solar. Sistema de Control y Seguimiento. Controlador de la Unidad de Conversin de Potencia. Unidad de Conversin de Potencia.

Simposio de Termodinmica, Calorimetra y Anlisis Trmico

562

- Receptor Solar - Motor Stirling. - Alternador. - Subsistemas Auxiliares y de Control.

3. Resultados previsibles Disminucin de la carga contaminante generada por un matadero industrial entre el

60 - 75%. Se espera que la fraccin lquida de los lodos resultantes de la DA puedan usarse como

agua de riego. Respecto a la fraccin slida de dichos lodos, se ver la posibilidad de usarlos como enmendante agrcola tras un proceso de compostaje.

Produccin de biogs entre 12 y 30 Nm3/m3 de substrato efluente del matadero. Produccin diaria: Para un volumen estimado del biodigestor de unos 6 m3, la produc-

cin de biogs estimada estara entre 6 Nm3 y 12 Nm3, con un contenido volumtrico de metano entre el 70-80%.

Produccin diaria de energa trmica procedente del biogs, considerando el menor por-centaje de metano (70%), entre 42 y 84 kWh trmicos. Parte de esta energa calorfica se emplear para mantener la temperatura del biodigestor en el entorno de los 37C, que se prev que vare entre 4.200 y 6.100 kWh trmicos al ao. El exceso previsible de energa trmica que puede usarse como calor de proceso dentro del propio matadero se sita entre 1.400 y 8.900kWh trmicos/ao.

Produccin anual de electricidad procedente del biogs entre 4,5 y 8 MWh. La estimacin sobre la produccin de electricidad procedente de la concentracin de la

energa solar a travs del disco parablico sera de unos 50 MWh anuales. El estudio de viabilidad econmica se har en su da, una vez obtenidos los resultados

definitivos del proyecto, as como las primas a la produccin de electricidad de origen renovables que, en su momento, estn vigentes. Resultados previos obtenidos por el grupo de investigacin DTERMA relativos a un estudio sobre la viabilidad econmica de una planta de DA asociada al matadero de Badajoz (56 m3/da de efluentes), dan unos periodos de retorno de la inversin en el entorno de los 6 aos. Se espera que con la op-timizacin de la produccin de electricidad mediante la conexin biogs-solar trmica nos arroje periodos de retorno an menores.

Referencias[1] Junta de Extremadura Consejera de Agricultura y Desarrollo Rural. Secretara General, 2007.


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Estudio de la permitividad y densidad de los sistemas (glime, +n- heptano) a diferentes temperaturas

R . Iglesias, C . F . Riadigos, M . A . Rivas y T . P . Iglesias

Dpto. de Fsica Aplicada, Facultad de Ciencias. Universidad de Vigo, 36200 Vigo, Espaa. e-mail: [email protected]

El estudio de las caractersticas termofsicas de mono o politeres de la serie CH3-O-(CH2CH2O)n-CH3, ms conocidos como glimes, cuando se solvatan con disolventes polares/apolares ha suscitado un gran inters tanto cientfico como industrial. Desde el punto de vista cientfico es interesante analizar, en estas mezclas, las posibles interacciones intermo-leculares que contribuyan a predecir ciertas caractersticas macroscpicas. A nivel industrial se han encontrado aplicaciones en gran variedad de procesos como: electrlitos con batera de litio, condensadores, medicamentos contra el cncer, refrigeracin, pinturas, industrias de pesticidas etc.

En este trabajo se midieron las densidades y las permitividades de las mezclas binarias {mono-, di-, tri- y tetra- glime + n-heptano} a presin atmosfrica, a la frecuencia de 1MHz, y diferentes fracciones molares variando la temperatura entre 288.15-328.15K. En el rango en frecuencias comprendido entre 1kHz y 1MHz no se apreci dispersin. A partir de las medi-das de la permitividad de mezcla, , se determin la permitividad de exceso, E, basndose en la definicin

Ei i

i 1

2

=-f z f=

!

que ha sido establecida recientemente [1-2]. En esta expresin i representa la fraccin vol-mica de cada uno de los componentes puros y i es el valor de su permitividad. La depen-dencia en temperatura de magnitudes derivadas de la densidad, como son el coeficiente de expansin isobrico,

/ y /V T H P, ,M

E

P x mE

T x2 2 2 2a` `j j

fueron estudiados dada su gran importancia para el estudio de interacciones moleculares especficas. Mediante el clculo de las desviaciones estndar, los valores experimentales de la permitividad se han comparado con los que predicen diferentes modelos usuales de la bibliografa: Looyenga [3], Kraszewski [4], Bottcher [5] e Iglesias-Pen [6]. Comparando la aditividad de volumen frente a la no aditividad, encontramos mejores resultados cuando in-corporamos la no aditividad a nuestros clculos. El trabajo concluye con una interpretacin del signo de E y su comportamiento con la temperatura y el volumen molar en exceso.

AgradecimientosLos autores agradecen la ayuda financiera de la Xunta de Galicia para este proyecto de

investigacin (INCITE08PXIB312201PR).


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Referencias[1] T. P.Iglesias, J.C.R. Reis,L. Faria-Busto, J. Chem. Thermodyn.40 (2008)1475-1476.[2] Joo Carlos R. Reis, T. P. Iglesias, B Grard Douhretc nd Michael I. Davisd PCCP 2009.

DOI: 10.1039/b820613a.[3] H. Looyenga, Physica 31 (1965) 401-406.[4] A. Kraszewski, S. Kulinski, M. Matuszewski, J. Appl. Phys. 47 (4) (1976) 12751277.[5] C. F. J. B ttcher, P. Bordewijk. Theory of Electrical Polarization, vol. 2, Elsevier, Amsterdam, 1978.[6] T. P. Iglesias, J. F. Pen Fernndez, J. Chem. Thermodyn. 33 (2001) 13751381.


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Caracterizacin hidrodinmica del transporte a travs de membranas selectivas en sistemas binicos. Resultados

J . A . Garca Gamuz1, R . P . Valerdi-Perez2 y J . A . Ibez-Mengual3

1 Colegio Diocesano Santo Domingo, Orihuela, 03300, Alicante Espaa.2 Dpto. Radiologa y Medicina Fsica. Fac. Medicina. Campus de Espinardo. Universidad de Murcia,

30071, Murcia.3 Dto. Fsica. Facultad Qumica. Campus de Espinardo. Universidad de Murcia, 30071, Murcia. Espaa.

IntroduccinLa clula de difusin rotatoria (CDR) [1] permite estudiar la transferencia interfacial a

travs de un sistema de membrana hidrodinmicamente estable, que puede caracterizarse mediante la determinacin de flujos y su dependencia con la frecuencia de rotacin de la membrana. En trabajos anteriores [2], hemos abordado la caracterizacin de estos sistemas, desde la perspectiva de la determinacin experimental de flujos inicos. En este trabajo, sobre la base de un trabajo anterior nuestro [2], que desarrolla un modelo terico para el estudio de la difusin de iones a travs de membranas selectivas en sistemas bi-inicos, y su carac-terizacin mediante la determinacin de coeficientes de difusin inicos en cada uno de los elementos del sistema, as como el espesor de las capas lmite, se recogen los resultados ex-perimentales para el caso de los sistemas NaCl o CaCl2(ac., 0,005M) / memb. / HCl(ac., 0,5M), estudiando su respuesta tanto en conductividad como en pH en la fase receptora, cuando se vara la temperatura y la frecuencia de giro en la CDR, y presentando los valores resultantes, para el coeficiente de difusin, el espesor de capa lmite y el coeficiente de difusin efectivo dentro de la membrana, y determinando su dependencia con la temperatura.

Introduccin tericaEn estado estacionario el flujo J del contra-in (in-gramo/s) es el mismo a travs de todas

las interfases y fases del sistema, de modo que si A es el rea de exposicin de la membrana, la 1 ley de Fick permite escribir [2]

J AKdD

C CAJ

D DJ

dK D

D D

AKdD

C C J AK C C

1mm

mi o

i

i

m

m m

i

i

mm

mi o i o

0

0

0

0&

&

= - - + = + + =

= - = -

ad d a d d

a

_ d d_ _

i n ni i

= =G G (1)

donde K es la permeabilidad del sistema de membrana (subndice m), es la porosidad de la membrana (rea libre para el transporte en la membrana), y Ci la concentracin en el compar-timento i (i = interior (i), exterior (o)). Para disoluciones diluidas, habida cuenta de la expre-sin para el espesor de la capa lmite, = 0,643vD [3], se llega a

.K

D vD

1 1 286mef

m32

6

1

2

1

= +~a

d (2)

( es la viscosidad cinemtica, la frecuencia de giro, y se ha introducido un coeficiente de difusin efectivo, Defm, definido como Defm = KmDm ). La ecuacin (2) muestra que dependencia lineal de 1/K frente a -1/2, con pendiente igual a D-v y ordenada en el origen

Dmef

m

a

d .


566

Por otra parte, la integracin de (1) para el cambio de la concentracin con el tiempo, en es-tado estacionario (asumiendo la conservacin de la masa del soluto), llevar a la expresin [2]

,ln C t K t In C t donde AV V1 1

o oi

22

12 2

0=- + = +b bD^ ^h h8 8


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Figura 1. Espesor de las capas lmite ()ycoeficientesdedifusin,enlascapaslmite(D) como el efectivodentrodelamembranaDefm,acadatemperaturaycadafrecuenciadegiro,paraloscationesNa+ y Ca+2,frenteaH+.

Referencias[1] Albery et al., J. Chem. Soc., Faraday Trans. I, 72 (1976) 1618-1624.[2] Garca, J.A, Valerdi, R. P., Ibez, J.A.; Modelizacin del transporte para una clula de difusin rota-

toria, Investigacin del GET de la RSEF, Vol. 4, (2009), en prensa. [3] Levich, V.G. Physicochemical Hydrodynamics. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, (1962).


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ndices de refraccin en mezclas binarias de lquidos inicos de la familia del CnMIM-BF4 con etanol a 25C

E . Rilo, S . Cuadrado-Prado, L . Segade, C . Franjo, S . Garca-Garabal y O . Cabeza

Departamento de Fsica, Universidad de A Corua. 15071 A Corua. [email protected]

Vamos a presentar medidas experimentales de ndice de refraccin de mezclas binarias entre 4 lquidos inicos (LI) de la familia del 1-alquil-3-metil imidazolio tetrafluoro borato, CnMIM-BF4 con etanol. Las cadenas alqulicas estudiadas son etil (EMIM), butil (BMIM), hexil (HMIM) y octil (MOIM). Los datos de ndice de refraccin sern analizados usando los modelos fenomenolgicos de Lorentz-Lorenz, Gladstone-Dale y Newton. Estos modelos rela-cionan directamente los datos del ndice de refraccin con los de la densidad, y ajustan bien los datos experimentales en mezclas binarias no electrolticas [1].

El ndice de refraccin se midi en un refractmetro Atago que da una precisin en el ndice de refraccin de 110-4. Los lquidos inicos son de Solvent Innovation (recientemente absorbidos por Merck) y poseen una pureza mayor del 99% excepto para el EMIM-BF4, que es de un 98%. El etanol usado es de Panreac y tiene una pureza mayor del 99,5%. Los envases originales de los LI se abrieron en una cmara de atmsfera inerte con humedad despreciable, y las mezclas preparadas y selladas dentro. Tngase en cuenta que los LIs empleados son higroscpicos como hemos medido cuantitativamente hace poco [2].

En la Figura 1 se muestran los valores medidos para las distintas mezclas estudiadas a 25C. Ntese que el EMIM-BF4 a esa temperatura slo es miscible con etanol para fracciones molares de LI xIL > 0,53. Como se puede observar, el valor de n disminuye de forma similar para los 4 compuestos, con una zona cuasi-lineal para fracciones molares de LI mayores de 0.6 y, al disminuir xIL los valores de n tienden hasta el valor del ndice de refraccin del etanol puro, formando una curva similar para los tres sistemas.

Figura 1. ndice de refraccin de las distintasmezclas de lquido inico con etanol.

Figura 2. Densidad de las distintas mezclas de LI con etanol. La lnea continua es un ajuste polin-mico de grado 4 del BMIM-BF4 + etanol.

Los datos del ndice de refraccin para la mezcla de BMIM-BF4 + etanol han sido com-parados con tres expresiones empricas diferentes que relacionan el ndice de refraccin de la mezcla directamente con su densidad, , sin necesidad de parmetros de ajuste. Los tres


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modelos empricos ya fueron usados por nosotros para relacionar los ndices de refraccin y la densidad de mezclas binarias no electrolticas con muy buenos resultados [1]. Por otra parte estamos a punto de publicar los valores de la densidad para estas mismas mezclas, que reproducimos en la Figura 2 [3]. Comparando ambas figuras observamos la similitud entre las curvas de n y de . La primera ecuacin usada es la de Lorentz-Lorenz

/n K K1 2 1121

2

= + -^ ]h g# - (1)donde n12 es el ndice de refraccin de la mezcla y K est definido como

/ ,K n n1 2i i ii

2 2

1

2

= - +z=

` `j j% /! (2)donde ni es el ndice de refraccin del compues-to i, y i es la fraccin de volumen.

x M x Mx M

ii i

i1 1 2 2

12=+

z tt

(3)

donde xi, Mi y i son, respectivamente, la frac-cin molar, el peso molecular y la densidad del compuesto i, y 12 es la densidad de la misma mezcla. Esta ltima se obtuvo a partir de un ajuste polinmico de la curva dada en la Figura 2 para el BMIM-BF4 (la ecuacin resultante aparece representado en dicha figura como una lnea contnua).

Otra ecuacin estudiada es la de Gladstone-Dale, que posee la forma

.n n n1 1 112 1 1 2 2= + - + -z z^ ^h h (4)Por ltimo hemos estudiado tambin la expresin de Newton, similar a la anterior,

.n n n1 1 112 1 12

2 22

12

= + - + -z z` `j j% / (5)En la Figura 3 se observan los tres modelos junto a los datos experimentales de n para las

mezclas BMIM-BF4 + etanol. Las tres aproximan muy bien el comportamiento medido, y hay que recalcar que ninguno de las tres modelos contiene parmetros de ajuste.

Este trabajo fue financiado por el MEC a travs del Proyecto de investigacin FIS2007-66823-C02-01.

Referencias[1] E. Rilo, S. Freire, L. Segade, O. Cabeza, C. Franjo y E. Jimnez, J. Chem. Therm. 35, 839 (2003).[2] S. Cuadrado-Prado et al., Fluid Phase Eq. 278, 36 (2009).[3] E. Rilo et al. Enviado a publicar al Fluid Phase Equilibria (2009).

Figura 1.ndicederefraccindelBMIM-BF4 + etanol. Las tres lneas superpuestas corres-ponden a las predicciones de los modelos de Gladstone-Dale,Lorentz-LorenzyNewton.


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Estudio de la entalpa molar de exceso de los sistemas binarios: Propanoato de etilo + 1-alcanol desde hexanol hasta nonanol a 25C

M . Domnguez-Prez, S . Garca-Garabal, L . Segade, O . Cabeza y C . Franjo

Departamento de Fsica, Facultade de Ciencias, Universidade da Corua, 15071 A Corua, [email protected]

En este trabajo presentamos las medidas experimentales de las entalpas molares de exceso de los siguientes sistemas binarios: propanoato de etilo + 1-hexanol, + 1-heptanol, + 1-octanol, + 1-nonanol a 25,0 C y presin atmosfrica. El objetivo es estudiar la influencia de la longitud de la cadena del 1-alcanol en la entalpa molar de exceso.

Todas las mezclas han sido preparadas por pesada empleando para ello una balanza Mett-ler AT 201 cuya precisin es mejor de 110-5g. Las medidas experimentales se realizaron empleando un microcalormetro Calvet conectado a un voltmetro Philips PM 2535. La des-viacin de las medidas de la entalpa molar de exceso se estima menor al 1%. Previamente se realiz un calibrado elctrico del equipo usando una fuente de alimentacin estable Setaram EJP 30 y posteriormente se realiz un calibrado qumico empleando para ello una mezcla de hexano + ciclohexano [1]. Los detalles del procedimiento a emplear fueron ya descritos pre-viamente por Paz Andrade et al. [2,3].

Los valores obtenidos de las entalpas molares de exceso, HEm, fueron ajustados emplean-do para ello la ecuacin polinmica de Redlich-Kister [4]

H X X A X XmE

KK

K

m

1 2 1 20

= -=

^ h! en donde x1 es la fraccin molar del propanoato de etilo, x2 la fraccin molar del correspon-diente 1-alcanol y AK representa el nmero de coeficiente obtenidos por correlacin de los datos experimentales mediante el uso del mtodo de los mnimos cuadrados. El nmero de parmetros utilizados viene determinado por el criterio estadstico del test-F [5].

References[1] K. N. Marsh, Recommended Reference Materials for the Realization of Physicochemical Properties

(1987) Blackwell Scientific Publications, Londres.[2] M. I. Paz Andrade, S. Castromil and M. C. Baluja, J. Chem. Thermodyn., 2,775, (1970).[3] M. I. Paz Andrade Les Dveloppements rcents de la Microcalorimtrie et de la Thermognese

(1967) C. N. R. S., Paris. [4] O. Redlich and A. T. Kister, Ind. Eng. Chem., 40, 341 (1948). [5] P. R. Bevington and D. K. Robinson, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences

(1992) Ed. McGraw-Hill, New York.


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Propiedades derivadas de lquidos inicos: capacidad predictiva de la ecuacin PC-SAFT

J . Vijande, M . Currs, J . L . Legido y J . Garca

Departmento de Fsica Aplicada, Edificio de Ciencias Experimentais, Universidade de Vigo, Campus de Lagoas-Marcosende, E-36310 Vigo, SPAIN; [email protected]

En los ltimos aos los avances en la tecnologa de la qumica verde conducen al de-sarrollo de un conjunto de nuevos compuestos denominados lquidos inicos (LIs) para una gran variedad de aplicaciones como medios de reaccin, separacin de procesos, electrolitos en clulas de fuel, fluidos de transferencia de calor, etc. En esta ltima aplicacin los LIs se han propuesto como nuevos absorbentes en refrigeracin por absorcin ya que no se evaporan, son estables bajo un amplio rango de temperatura, disuelven varios refrigerantes, etc. Por otra parte, la caracterizacin termodinmica de LIs para una aplicacin especfica se puede obte-ner por tcnicas experimentales, simulacin y/o con modelos termodinmicos. La principal ventaja de una teora o una ecuacin de estado frente a las otras tcnicas es la velocidad y el bajo coste para reproducir los datos experimentales. La dinmica molecular y la simulacin Monte Carlo predicen las propiedades termodinmicas de los LIs puros y mezclas binarias, pero estos mtodos son muy caros computacionalmente. Es por ello que hay un creciente in-ters en modelos simples que puedan ser ms prcticos para los procesos ingenieriles.

Por ello, en este trabajo se trata la apli-cacin y el anlisis de la capacidad pre-dictiva de la ecuacin de estado PC-SAFT [1] para la prediccin de propiedades derivadas tales como la compresibilidad isotrmica y la expansividad trmica iso-brica de lquidos inicos (1-etil-3-metili-midazolium tetrafluoroborato, [C2-mim][BF4], 1-butil-3-metilimidazolium tetra-fluoroborato, [C4-mim][BF4] y 1-butil-3-metilimidazolium hexafluorofosfato, [C4-mim][PF6]) [2]. La aplicacin de la ecuacin PC-SAFT se realiz de un modo semipredictivo: en primer lugar se optimi-zaron los parmetros moleculares de los compuestos puros, necesarios para aplicar el modelo, utilizando datos experimenta-les de densidades a presin atmosfrica; a continuacin, se aplic la ecuacin PC-SAFT, con esos parmetros, para predecir las propiedades derivadas ya citadas.

Debemos enfatizar que, aunque las interacciones electrostticas de los LIs no hayan sido tenidas en cuenta explcitamente, s se incluyen implcitamente en los parmetros efectivos del modelo ya que son ajustados a datos experimentales de densidad. Por ello las desviacio-nes que se obtienen en las correlaciones son buenas (en torno al 0.3%), valores usuales para una ecuacin de estado como PC-SAFT.

Figura 1. Densidades del [C4-mim][BF4]frentealapresin a varias temperaturas. Datos experimentales [2] (smbolos); predicciones de PC-SAFT (lineas).


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La ecuacin PC-SAFT predice correctamente la tendencia general de la densidad con la presin y con la temperatura tal y como puede verse en las figuras 1 y 2.

La prediccin de la compresibilidad isotrmica (T) y de la expansividad trmica isobrica (P), definidas por las ecuaciones

kP

yT

1 1T

T22

22

= =-tt

a tt

tc cm mrespectivamente se obtiene derivando num-ricamente respecto de la presin o la tempe-ratura las predicciones de la densidad obteni-das con la ecuacin PC-SAFT. Si la ecuacin de estado reproduce adecuadamente la de-pendencia de la densidad con la temperatura y la presin, observada en los datos experi-mentales, entonces tambin reproducir ade-cuadamente la dependencia de las propie-dades derivadas. Para los LIs analizados en este trabajo, la ecuacin PC-SAFT predice las tendencias generales con la presin y la tem-peratura de ambas propiedades derivadas, aunque con unas desviaciones promedio re-lativamente grandes (en torno al 30%) debi-do, no slo a las limitaciones de la ecuacin, sino tambin a la pequea magnitud de los valores que presentan dichas propiedades.

Los autores agradecen la ayuda de la financiacin de la Xunta de Galicia [PGIDI-T07PPXIB314132PR] y de la accin integrada Hispano-Francesa [HF2007-0053].

Referencias[1] J. Gross, G. Sadowski, Ind. Eng. Chem. Res. 41, 5510 (2002).[2] M. Currs, J. Vijande, M.M. Pieiro, J. Salgado, J. Garca, Behaviour of the environmentally com-

patible absorbents bminBF4 and eminBF4 with TFE: experimental densities at high pressures. 24th European Symposium on Applied Thermodynamics, Santiago de Compostela (2009).

Figura 2. Densidades del [C4-mim][BF4]frentea la temperatura a varias presiones. Datos expe-rimentales [2] (smbolos); predicciones de PC-SAFT (lineas).


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Viscosidades de los Sistemas Carbonato de Dietilo + (Heptano, Octano, Nonano o Decano) a Diferentes Temperaturas

E . Gonzlez2, J . L . Trenzado1, A . Rodrguez-Delgado1, S . Galvn1, E . Romano2, M . N . Caro2 y M . Chirivella3

1 Departamento de Fsica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.; [email protected].

2 Departamento de Qumica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.3 Departamento de Ing. de Procesos, Universidad de Las Palmas de GC, 35017 Las Palmas G.C.

Los carbonatos de dialquilo son objeto de estudio debido, entre otros motivos, al posible uso de los compuestos orgnicos oxigenados voltiles como aditivos al combustible. Con objeto de abundar en el estudio de las propiedades termodinmicas y de transporte de los carbonatos de alquilo y sus mezclas, se est llevando a cabo en nuestro laboratorio un estudio experimental-terico sobre propiedades termofsicas de sistemas lquidos ternarios (y sus binarios constitu-yentes) que contengan carbonatos de alquilo, 1-alcoholes y alcanos, a varias temperaturas. Los resultados presentados aqu se corresponden con algunos de los subsistemas binarios conside-rados en el citado proyecto. En este trabajo se reportan las propiedades viscosimtricas de los sistemas binarios carbonato de dietilo + (heptano, octano, nonano o decano). Las determina-ciones experimentales para las citadas mezclas fueron llevadas a cabo a 283.15, 293.15, 303.15 y 313.15 K y a la presin atmosfrica normal para todo el rango de composicin.

Los productos empleados, suministrados por Fluka, posean unas purezas mayores que 0.99, salvo el decano (0.98), y todos ellos fueron desgasificados y conservados en tamiz mole-cular (Union Carbide tipo 0.4 nm) antes de su uso. Las viscosidades cinemticas se obtuvieron a las mismas composiciones a las que fueron medidas las [1], generndose ternas composi-cin-densidad-viscosidad cinemtica con las que se obtuvieron, para cada mezcla, la viscosi-dad dinmica (= ) y la funcin desviacin (= -x11-x22). Los valores experimentales de fueron determinados con un sistema automtico Schott-Gerte dotado de un dispositivo (AVS-350) capaz de medir el tiempo de flujo con una exactitud de 0.01 s. Las mediciones se llevaron a cabo con viscosmetros de tipo Ubbelohde, calibrados por Schott-Gerte, con una incertidumbre de 0.01 K en la temperatura. La incertidumbre promedio de los valores de viscosidad fue siempre menor que 0.2%. Las de los sistemas binarios estudiados fueron correlacionadas con la composicin mediante una ecuacin de tipo Redlich-Kister [2]

x x A x1 2 1kk

pk

0

= - -D=

h ^ ^h h! (1)donde los coeficientes Ak fueron calculados haciendo uso del mtodo de mnimos cuadrados y recurriendo al test-F [3] para la seleccin de los parmetros ajustables. Las viscosidades ex-perimentales ( o ) fueron usadas para evaluar la utilidad de varias ecuaciones para describir el comportamiento viscosimtrico de las mezclas lquidas binarias aqu estudiadas. En con-creto se usaron las ecuaciones de McAllister [4] (para interacciones de tres y cuatro cuerpos), Grunberg y Nissan [5], Heric [6] (con uno y dos parmetros) y Hind y col. [7]. Los resultados experimentales de viscosidad cinemtica para las mezclas estudiadas fueron comparados con los valores obtenidos por medio del modelo de contribucin de grupos UNIFAC-VISCO [8], usando los parmetros propuestos en la literatura [9] para este tipo de mezclas; siendo el error promedio global (para el total de los sistemas) entre los resultados predichos y los experimen-tales del 0.9%.


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La Fig. 1 muestra que las de los sistemas analizados en este estu-dio son negativas en todo el rango de composiciones y sus valores se hacen menos negativos con el in-cremento de la temperatura. Segn Fort y Moore [10], las desviaciones en la viscosidad dinmica negati-vas son caractersticas de sistemas donde las fuerzas de dispersin son predominantes, mientras que las mezclas con interacciones fuertes entre molculas distintas presentan desviaciones en la viscosidad din-mica positivas. En base a ello, pode-mos afirmar que en los sistemas es-tudiados los efectos predominantes son la ruptura de las interacciones dipolo-dipolo (carbonato) y la pre-valencia de la energa dispersiva, mientras que no se verifican inte-racciones fuertes entre molculas de carbonato y alcanos.

Los autores agradecen la finan-ciacin de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria para la realizacin de este trabajo [Proyecto ULPGC 07-011].

Referencias[1] A. Rodrguez-Delgado, J.L. Trenzado, E. Gonzlez, S. Galvn, E. Romano, L. Darias y M. Chirivella,

Volumen Molar de Exceso de Sistemas Carbonato de Dietilo + Alcano a Diferentes Temperaturas. Esta Bienal.

[2] O. Redlich y A.T. Kister, Ind. Eng. Chem. 40, 345 (1948).[3] P. Bevington, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. McGraw-Hill New Yor

(1969).[4] R.A. McAllister, AIChE J. 6, 427 (1960).[5] L. Grunberg y A.H. Nissan, Nature 164, 799 (1949).[6] E.L. Heric, J. Chem. Eng. Data 11, 66 (1966).[7] R.K. Hind, E. McLaughlin y A.R. Ubbelohde, Trans. Faraday Soc. 56, 328 (1960).[8] J.L.E. Chevalier, P.J. Petrino y Y.H. Gaston-Bonhomme, Chem. Eng. Sci. 43, 1303 (1988).[9] A. Rodrguez, J. Canosa, A. Domnguez y J. Tojo, J. Chem. Eng. Data 48, 146 (2003).[10] R. Fort, W.R. Moore, Trans. Faraday Soc. 62, 1112 (1966).

Figura 1. Desviaciones de la viscosidad de los sistemas bi-narios carbonato de dietilo + heptano (a), octano (b), nona-no (c) y decano (d). Puntos experimentales: () 283.15 K; () 293.15 K; () 303.15 K; ([) 313.15 K.


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Volumen Molar de Exceso de Sistemas Carbonato de Dietilo + Alcano a Diferentes Temperaturas

A . Rodrguez-Delgado1, J . L . Trenzado1, E . Gonzlez2, S . Galvn1, E . Romano2, L . Darias3 y M . Chirivella4

1 Departamento de Fsica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.; [email protected]

2 Departamento de Qumica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.3 Departamento de Ing. Elctrica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.4 Departamento de Ing. de Procesos, Universidad de Las Palmas de GC, 35017 Las Palmas G.C.

El estudio de las propiedades termofsicas de los steres de cido carbnico con otros disolventes resulta de gran inters, por cuanto los primeros son empleados en la industria para la sntesis de productos qumicos, frmacos y productos agroqumicos. En concreto, el carbonato de dietilo es usado como agente de metilacin y carbonilacin en sntesis orgnica y puede ser usado tambin como aditivo a combustibles y lubricantes. Como parte de una investigacin ms extensa, en este trabajo se han medido las densidades y determinado, a partir de ellas, los volmenes molares de exceso VE para los sistemas carbonato de dietilo + (heptano, octano, nonano y decano) a 283.15, 293.15, 303.15 y 313.15 K. Los resultados obteni-dos han sido empleados para abordar una discusin cualitativa.

El carbonato de dietilo (Fluka, >99.5%), el heptano (Fluka, >99.5%), el octano (Fluka, >99.5%), el nonano (Fluka, >99%) y el decano (Fluka, >98%) no fueron sometidos a adicional purificacin salvo el secado con tamiz molecular Union Carbide 0.4 nm. Los productos fue-ron parcialmente desgasificados con un bao ultrasnico antes de ser usados. Para medir las densidades de los lquidos puros y de sus mezclas se ha utilizado un densmetro de tubo vi-brante modelo Anton-Paar DMA-5000, cuya exactitud se estim mejor que 1#105 g cm3. Los volmenes molares de exceso fueron calculados a partir de los datos composicin-densidad segn la expresin:

Vx M x ME i i

i i

i i

i1

2

1

2

= -t t= =

! ! (1)

donde x es la composicin, M la masa molecular y el subndice i hace referencia a los com-ponentes puros. La temperatura del oscilador fue siempre controlada con una precisin 0.01 K. La incertidumbre promedio en los volmenes molares de exceso fue siempre inferior a 2#103 cm3 mol1.

Los valores de VE fueron correlacionados con la composicin, a cada una de las tempera-turas, usando la ecuacin de Redlich y Kister [1]

V x x A x1 2 1E kk

p k

0

= - -=

^ ^h h! (2)siendo calculados los coeficientes Ak mediante el mtodo de mnimos cuadrados. El nmero ptimo de coeficientes p fue determinado usando el test-F [2], como criterio estadstico. Como puede verse en la Fig.1, los volmenes de exceso, que son positivos en todo el rango de com-posiciones, aumentan con el incremento de la longitud de la cadena del alcano. Por un lado, los valores positivos de VE indican que son predominantes los efectos expansivos asociados a la ruptura de las interacciones dipolares del carbonato durante la mezcla. Por otro, el aumen-


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to de con el tamao molecular del alcano es atribuible al aumento de VE la dificultad para la promocin de interacciones heteromoleculares conforme aumenta la cadena ali-ftica del alcano. Adems, para el total de las mezclas, se verifica un aumento de VE con la temperatura. Este hecho indica que el incremento de la agitacin trmica promueve la ruptura de las interacciones entre molculas iguales en el seno de la mezcla.

La estimacin llevada a cabo por Garca y col. [3] de los parme-tros de interaccin entre el grupo carbonato (O-CO-O) y los grupos metilo (CH3) y metileno (CH2) po-sibilit la aplicacin del modelo de Nitta-Chao [4] para sistemas como los aqu estudiados. El modelo, con ese juego de parmetros disponible, alcanz valores positivos de VE para todos los sistemas y temperaturas, observndose que, en general, el modelo subestima los valores expe-rimentales. Desde un punto de vista cualitativo el modelo tiende a repro-ducir la simetra de las curvas, verificndose una mejora en la forma de las curvas predichas (con respecto a las experimentales) con el aumento de la cadena lineal del alcano. Asimismo, el modelo es capaz de reproducir el crecimiento de VE con la temperatura, si bien no acierta a predecir correctamente la variacin relativa que verifican los resultados experimentales de VE con el aumento de la temperatura. La diferencia promedio total (computando el total de los sistemas) entre los resultados predichos por el modelo de Nitta-Chao y los valores experi-mentales result ser del 10.7%.

Los autores agradecen la financiacin de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria para la realizacin de este trabajo [Proyecto ULPGC 07-011].

Referencias[1] O. Redlich, A.T. Kister, Ind. Eng. Chem. 40, 345 (1948).[2] P. Bevington, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. McGraw-Hill New Yor

(1969).[3] J. Garca, L. Lugo, M. Comuas, E. Lpez y J. Fernndez, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 94, 1707

(1998).[4] T. Nitta, E. Turek, R.A. Greenkorn y K.C. Chao, AIChE J. 23, 144 (1977).

Figura 1. Volmenes molares de exceso de los sistemas bina-rios carbonato de dietilo + heptano (a), octano (b), nonano (c) y decano (d). Puntos experimentales: () 283.15 K; () 293.15 K; () 303.15 K; ([) 313.15 K.


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Estudio Viscosimtrico de Sistemas Binarios Carbonato de Dimetilo + Alcano entre 283.15 y 313.15 K

E . Romano2, J . L . Trenzado1, A . Rodrguez-Delgado1, E . Gonzlez2, S . Galvn1, M . N . Caro2 y M . Chirivella3

1 Departamento de Fsica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.; [email protected].

2 Departamento de Qumica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.3 Departamento de Ing. de Procesos, Universidad de Las Palmas de GC, 35017 Las Palmas G.C.

Continuando con un proyecto encaminado a la determinacin de propiedades termodin-micas y de transporte de sistemas formados por carbonatos de dialquilo, alcoholes y alcanos, se presentan aqu las desviaciones de la viscosidad, , de los sistemas binarios carbonato de dimetilo + (heptano, octano, nonano y decano) a las temperaturas de 283.15, 293.15, 303.15 y 313.15 K. Los compuestos puros fueron suministrados por Fluka, siendo sus purezas >99% para el carbonato de dimetilo, >99,5% para el heptano y el octano, >99% para el nonano y >98% para el decano. Todos los lquidos fueron usados sin purificacin adicional. No obstan-te, fueron almacenados sobre tamiz molecular (Union Carbide tipo 0.4 ) y desgasificados antes de su uso. Las viscosidades cinemticas de los lquidos puros y sus mezclas fueron determinadas, a las mismas fracciones molares a las que fueron obtenidas las densidades para los sistemas binarios y condiciones estudiadas [1]. Los valores de fueron determinados con un sistema Schott-Gerte, incluyendo un bao termosttico (CT-1450), y viscosmetros Ubbelohde previamente calibrados. El tiempo de cada del lquido por el capilar fue medido automticamente usando dos sensores dispuestos transversalmente al viscosmetro y un reloj electrnico (AVS-350, 0.01 s). La incertidumbre promedio de los valores de viscosidad cine-mtica fue menor que el 0.4%.

A partir de los datos de y, obtenidos a la misma composicin, se obtuvieron otras propiedades como la viscosidad dinmica (= ) y la desviacin en la viscosidad definida segn:

,x i 1 2ii

i= - =h h hD ! (1)donde las cantidades con subndice se refieren a los componentes puros. Los valores de fueron correlacionados con la composicin xi utilizando una ecuacin polinmica del tipo Redlich-Kister [2]:

x x A x1 2 1kk

pk

0

= - -hD=

^ ^h h! (2)el grado del polinomio fue optimizado por aplicacin del test-F [3]. Los resultados compo-sicinviscosidad (cinemtica o dinmica) fueron usados para probar la aplicabilidad de las ecuaciones propuestas por McAllister [4], Grunberg y Nissan [5], Heric [6], y Hind y col. [7]. Las viscosidades cinemticas fueron tambin usadas para probar la capacidad predictiva del modelo de contribucin de grupos UNIFAC-VISCO [8]. Los parmetros empleados en la esti-macin fueron los debidos a Rodrguez y col. [9], siendo el error promedio global (para el total de los sistemas) entre los resultados predichos y los experimentales del 1.7%.

Como puede observase en la Fig. 1, las curvas (x) tienden a presentar una forma de W, verificndose incluso valores de >0 para un intervalo de composiciones del sistema


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binario carbonato de dimetilo + de-cano. Como se observa, este com-portamiento verifica cierta regula-ridad, acusndose la forma de W de las curvas (x) con el aumento de la cadena alqulica del alcano y la disminucin de la temperatura. Fort y Moore [10] establecieron que las desviaciones en la viscosidad dinmica negativas son caracters-ticas de sistemas donde las fuerzas de dispersin son predominantes, mientras que las mezclas con inte-racciones fuertes entre molculas distintas presentan desviaciones en la viscosidad dinmica positivas. En base a ello, podemos suponer que la disminucin de la negativi-dad de que se produce puede estar asociada a un refuerzo de las interacciones heteromoleculares en un intervalo de composiciones de-terminado.

Los autores agradecen la finan-ciacin de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria para la realizacin de este trabajo [Proyecto ULPGC 07-011].

Referencias[1] J.L. Trenzado, A. Rodrguez-Delgado, E. Gonzlez, S. Galvn, M.N. Caro, L. Darias y M. Chirivella,

Estudio Volumtrico de Sistemas Carbonato de Dimetilo + Alcano en un Intervalo Moderado de Temperaturas. Esta Bienal.

[2] O. Redlich y A.T. Kister, Ind. Eng. Chem. 40, 345 (1948).[3] P. Bevington, Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. McGraw-Hill New Yor

(1969).[4] R.A. McAllister, AIChE J. 6, 427 (1960).[5] L. Grunberg y A.H. Nissan, Nature 164, 799 (1949).[6] E.L. Heric, J. Chem. Eng. Data 11, 66 (1966).[7] R.K. Hind, E. McLaughlin y A.R. Ubbelohde, Trans. Faraday Soc. 56, 328 (1960).[8] J.L.E. Chevalier, P.J. Petrino y Y.H. Gaston-Bonhomme, Chem. Eng. Sci. 43, 1303 (1988).[9] A. Rodrguez, J. Canosa, A. Domnguez y J. Tojo, J. Chem. Eng. Data 48, 146 (2003).[10] R. Fort, W.R. Moore, Trans. Faraday Soc. 62, 1112 (1966).

Figura 1. Desviaciones de la viscosidad de los sistemas bi-narios carbonato de dimetilo + heptano (a), octano (b), no-nano (c) y decano (d). Puntos experimentales: () 283.15 K; () 293.15 K; () 303.15 K; ([) 313.15 K.


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Estudio Volumtrico de Sistemas Carbonato de Dimetilo + Alcano en un Intervalo Moderado de Temperaturas

J .L . Trenzado1, A . Rodrguez-Delgado1, E . Gonzlez2, S . Galvn1, M .N . Caro2, L . Darias3 y M . Chirivella4

1 Departamento de Fsica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.; [email protected]

2 Departamento de Qumica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.3 Departamento de Ing. Elctrica, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas G.C.4 Departamento de Ing. de Procesos, Universidad de Las Palmas de GC, 35017 Las Palmas G.C.

Los carbonatos de dialquilo se han mostrado muy tiles en la tecnologa de las bateras de litio, en la sntesis de muchos compuestos qumicos, como disolventes extractivos, etc. En particular, el carbonato de dimetilo, un componente qumico biodegradable y benigno desde el punto de vista medioambiental, ha sido investigado como aditivo alternativo al ter metil tert-butlico en la gasolina sin plomo. Sin embargo, a pesar de la importancia industrial de los carbonatos y tambin de los alcanos, la disponibilidad de propiedades termodinmicas para este tipo de sistemas en la literatura es escasa. Este trabajo pretende contribuir al aumento de las bases de datos existentes sobre estas propiedades. Aqu se han determinado de forma ex-perimental las densidades de los sistemas bicomponentes carbonato de dimetilo + (heptano, octano, nonano y decano) en el intervalo de temperaturas de 283.15 a 313.15 K. Los volmenes molares de exceso VE han sido tambin obtenidos para los sistemas estudiados.

Todos los productos qumicos usados en este estudio, provedos por Fluka, fueron secados con tamiz molecular (Union Carbide 0.4 nm de Fluka) y desgasificados por ultrasonido antes de su uso experimental. Las purezas de los compuestos, suministradas por el fabricante, eran las siguientes: carbonato de dimetilo (>0.99), heptano (>0.995), octano (>0.995), nonano (>0.99) y decano (>0.98). Las mezclas se prepararon con una balanza de precisin (Mettler AE240, 1#105 g), y la densidad fue medida a presin atmosfrica con un densmetro de tubo vibran-te Anton Paar DMA-5000. La temperatura del oscilador estuvo siempre controlada con una precisin 0.01 K; presentando los resultados experimentales de una incertidumbre mxima de 1#105 g cm3. Con los datos experimentales de la densidad a cada fraccin molar y los pesos moleculares y las densidades de los lquidos puros se ha calculado el volumen molar de exceso segn la expresin:

VxM x M

xM

xM1

1E 1 21

1

2

2=+ -

- + -t t t^ ^h h=


580

cano durante el proceso de mezcla. Por el contrario, las contribuciones negativas a la referida magnitud de exceso, relacionadas con las interac-ciones dispersivas entre molculas distintas, son en general pequeas. Todo ello implica que, para el mis-mo carbonato, cuanto mayor es la longitud del alcano, la diferencia de fortaleza de las interacciones entre molculas iguales y distintas es ms marcada, y por tanto los volmenes de exceso son mayores. Esta conclu-sin es perfectamente coherente con el hecho de que el efecto de empa-quetamiento en los sistemas bina-rios que contienen carbonatos de dialquilo y alcano es mayor cuando la longitud de la cadena del alcano disminuye (probablemente debido al incremento en el tamao mole-cular) lo que justifica el aumento de VE con la cadena del alcano para un carbonato y temperatura dadas.

Para los sistemas binarios del tipo (carbonato + alcano) ha sido usado, en la aplicacin del modelo de Nitta-Chao [2], el juego de par-metros propuesto por Garca y col. [3], siendo las diferencias promedio totales (computando el total de los sistemas) entre los resultados predichos y los experimentales del 9.8%.

Los autores agradecen la financiacin de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria para la realizacin de este trabajo [Proyecto ULPGC 07-011].

Referencias[1] O. Redlich y A.T. Kister, Ind. Eng. Chem. 40, 345 (1948).[2] T. Nitta, E. Turek, R.A. Greenkorn y K.C. Chao, AIChE J. 23, 144 (1977).[3] J. Garca, L. Lugo, M. Comuas, E. Lpez y J. Fernndez, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 94, 1707

(1998).

Figura 1. Volmenes molares de exceso de los sistemas bina-rios carbonato de dimetilo + heptano (a), octano (b), nonano (c) y decano (d). Puntos experimentales: () 283.15 K; () 293.15 K; () 303.15 K; ([) 313.15 K.


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Evaluacin energtica experimental en condiciones reales de un recinto en un edificio de oficinas en clima

semidesrtico. Estudio preliminar de confort

S . Surez, M . J . Jimnez y M . R . Heras

CIEMAT, Unidad de Eficiencia Energtica en la Edificacin, Avenida Complutense n22, 28040, MADRID; [email protected].

El trabajo descrito en este artculo es parte del trabajo que se est llevando a cabo en el marco del Proyecto Singular Estratgico ARFRISOL. El objetivo de este proyecto es demostrar la utilidad de la arquitectura bioclimtica junto con la energa solar integrada en edificios para reducir significativamente la demanda de energa convencional para climatizacin. Para alcanzar los objetivos planteados este proyecto incluye la construccin de cinco edificios de oficinas denominados contenedores demostradores de investigacin (C-DdIs), cada uno de ellos de aproximadamente 1000 m2, con caractersticas y uso similares, en diferentes emplaza-mientos, con condiciones geogrficas y climticas, diferentes y representativas de la climato-loga de la pennsula ibrica. Dentro de este proyecto se est llevado a cabo la monitorizacin de todos los C-DdIs construidos para la evaluacin energtica global de cada uno de ellos, basndose en datos experimentales registrados en condiciones reales de uso [1]. Entre los estudios que se llevarn a cabo para la evaluacin energtica de cada uno de los C-DdIs se considera el anlisis del confort alcanzado en los recintos ms representativos de cada uno de ellos.

En este trabajo se considera uno de estos C-DdIs, situado en la Plataforma Solar de Al-mera (PSA) en el desierto de Tabernas (Almera, Espaa) [2]. En este estudio se analiza el comportamiento de este C-DdI en cuanto al confort alcanzado en su interior [3], [4], [5], y se compara con un edificio convencional construido en los aos 80 en la misma localizacin, con el mismo patrn de uso y similar tamao. El anlisis se lleva a cabo en condiciones reales de uso mediante la monitorizacin continua del C-DdI, habindose registrando lecturas cada mi-nuto de las variables meteorolgicas as como las que se refieren a las condiciones climticas y consumos energticos en el interior del C-DdI. El estudio que se presenta corresponde a 1 ao de campaa experimental.

En cada uno de los edificios se ha monitorizado un conjunto de oficinas, tal que todos los tipos de recintos de cada edificio est representado en el estudio, y se ha comparado el comportamiento de todos los tipos de oficina monitorizados en el edificio convencional y el C-DdI.

Los resultados observados durante el verano muestran que las temperaturas en el interior del C-DdI ARFRISOL son significativamente menores que las exteriores cuando el sistema de refrigeracin no est activado. Esto nos permite evaluar el comportamiento pasivo del edificio respecto a las condiciones climticas as como las mejoras conseguidas respecto al edificio convencional comparando ambos edificios.

Este estudio pone de manifiesto un comportamiento ms adecuado del C-DdI respecto al del edificio de referencia de acuerdo con las estaciones. Debe destacarse que en los periodos para los cuales ambos edificios estn en evolucin libre se observa con mayor claridad el me-jor comportamiento pasivo del C-DdI respecto al edificio convencional. Adems en todos los casos se registra un porcentaje de medidas dentro de los rangos de confort significativamente mayor para los recintos considerados del C-DdI que para el edificio convencional.


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Estos resultados son muy positivos y prometedores teniendo en cuenta que se trata de un anlisis preliminar basado en datos registrados en la fase de puesta en marcha del C-DdI y sus sistemas, y durante esta fase algunos de estos sistemas no haban entrado en funcionamiento, por lo que es de esperar un comportamiento energtico aun mejor cuando todos los sistemas estn completamente operativos, que ser analizado en futuros trabajos.

Agradecimientos. El PSE-ARFRISOL, Referencia PS-120000-2005-1, es un Proyecto cient-fico-tecnolgico singular de carcter estratgico aceptado por el Plan Nacional de I+D+I 2004-2007, cofinanciado con Fondos FEDER y subvencionado por el Ministerio de Educacin y Ciencia (MEC). Los autores agradecen esta financiacin as como la colaboracin a todos los miembros del Consorcio de PSE-ARFRISOL.

Referencias[1] Jimnez M.J., Snchez N., Olmedo R., Enrquez R., Heras M.R. 2008. Monitorizacin del C-DdI del

SP4. Descripcin de la instalacin: instrumentacin y sistema de adquisicin de datos.[2] Palero S., San Juan C., Enrquez R., Ferrer J. A., Soutullo S., Mart J., Bosqued A., Heras J., Guzmn

J.D., Jimnez M.J., Bosqued R., Porcar B.,Heras M.R. 2006. Thorough Study of a Proposal to Improve the Thermal Behaviour of a Bioclimatic Building. Presentado a 23rd international conference on passive and low energy architecture. Ginebra (Suiza) 6 a 8 Septiembre 2006. ISBN 2-940156-30-1.

[3] ISO 7730:1994(E) Moderate thermal enviroments-Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort.

[4] S. Soutullo. 2008. Evaluacin experimental de un edificio: anlisis de confort interio.[5] Heras, M.R.; San Isidro, M.J; Zarzalejo, L; Jimnez, M.J. 2005. Energetic analysis of a passive solar

design, incorporated in a courtyard after refurbishment, using an innovative cover component based in a sawtooth roof concept. Solar Energy 78(1).


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Desalacin mediante destilacin en membranas con contacto directo utilizando membranas de fibra hueca copolimricas

M . C . Garca-Payo1, M . Essalhi1, K. Charfi2 y M . Khayet1

1 Departamento de Fsica Aplicada I, Facultad de Ciencias Fsicas, Universidad Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n, 28040 Madrid. [email protected].

2 Departamento de Ingeniera Industrial. Escuela Nacional de Ingenieros de Tnez, Universidad de Tnez El Manar, BP-37 Belvedere 1002, Tnez.

La preparacin de membranas de fibra hueca utilizando copolmeros est recibiendo una significativa atencin tanto a nivel acadmico como industrial ya que las membranas prepara-das con copolmeros exhiben mejores caractersticas comparadas con las membranas prepa-radas con uno de los homopolmeros. Uno de los copolmeros ms prometedores es el fluoru-ro de polivinilideno-co-hexafluoropropileno (PVDF-HFPP). Este copolmero exhibe mejores propiedades que el homopolmero fluoruro de polivinilideno (PVDF) como son la resistencia a altas temperaturas debido a los grupos fluoruros que contiene, la estabilidad qumica y la alta hidrofobicidad; lo que le hace muy atractivo para diferentes aplicaciones tecnolgicas: electrnica, procesado qumico, fenmenos de transporte y, en particular, separacin en mem-branas como la destilacin en membrana (DM) [1].

En este trabajo se presentan la fabricacin y caracterizacin de fibras huecas utilizando el copolmero PVDF-HFPP para dos concentraciones diferentes del aditivo polietilenglicol (PEG) y su aplicacin en la desalacin de aguas mediante destilacin en membranas con con-tacto directo (DMCD). Se estudia el efecto de la concentracin del aditivo sobre la estructura y morfologa de las fibras, as como, en el flujo de permeado y en el factor de retencin en DMCD. Las fibras huecas se fabricaron por el mtodo rotacional de inversin de fase mojada y seca dry/jet wet spinning descrito en [2]. Primero se preparan las disoluciones copolim-ricas mezclando a una temperatura de 42C el copolmero PVDF-co-HFPP con el disolvente N,N-dimetilacetamida (DMAC) y el aditivo polietilenglicol (PEG 6000 MW) para dos concen-traciones diferentes: 3% y 5% en peso. La disolucin se introduce en un depsito y sale a tra-vs del spinneret debido a la presin ejercida mediante una bombona de nitrgeno (50 kPa). Cuando se est formando la fibra primero se solidifica la parte interna de la fibra debido al coagulante interno (agua destilada a 40C) que se impulsa por medio de una bomba peristlti-ca (19 ml/min). La fibra cae a travs de un gap de aire de 27.5 cm a un depsito lleno de agua destilada a 40C. Posteriormente, la fibra es trasladada hacia otro depsito, tambin lleno de agua, mediante un rodillo que gira a una velocidad constante (9.2 m/min) controlada por un motor. En este depsito, la fibra permanece durante 24 h para conseguir la solidificacin total de la misma. Finalmente, las fibras se secan a temperatura ambiente durante al menos dos das antes de su caracterizacin.

Una vez preparadas las fibras se procedi a la caracterizacin de su estructura transversal mediante un microscopio electrnico de barrido (SEM). Se observ tanto la superficie externa como la interna de las fibras con un microscopio de fuerza atmica (AFM). El tamao medio de poro, la distribucin de tamao de poro, la rugosidad y el tamao medio de ndulo de ambas superficies fueron determinados a partir de las imgenes de AFM. Adems, se han realizado experimentos de DMCD con agua destilada y con una disolucin acuosa de cloruro sdico al 3% en peso. Para realizar estos experimentos se ha construido un mdulo de acero inoxidable con 8 fibras huecas. El alimento y el permeado han circulado tangencialmente en modo contracorriente utilizando una bomba peristltica de doble cabezal. El alimento se ha circulado por dentro de las fibras, mientras que el permeado (agua destilada) se ha circulado


584

por la carcasa del mdulo de membrana. En los experimentos de DMCD se ha mantenido constante la temperatura del permeado (20 25C) y se ha variado la temperatura del alimen-to (25C-70C).

Figura 1. ImgenesSEMde la seccin transversal de lasfibrashuecaspreparadas condiferentesconcentraciones del aditivo (PEG): (a)3%enpeso;(b)5%enpeso.

En la Figura 1 se muestran las imgenes SEM de la estructura transversal de las fibras. Se pue-de ver que la estructura transversal cambia con la concentracin del aditivo.

En la Figura 2 se presentan los flujos de per-meado en funcin de la temperatura del alimento obtenidos para agua destilada. Se observa que los flujos son mayores para las fibras huecas prepa-radas con 5% en peso de PEG. Tambin, se ha co-rroborado una disminucin de los flujos de per-meado cuando se realizan los experimentos con la disolucin acuosa de sales. Los factores de reten-cin obtenidos en estos experimentos de DMCD fueron superiores al 98%. Por tanto, se puede concluir que estas membranas de fibras huecas pueden ser utilizadas para desalacin de aguas mediante DMCD.

Referencias[1] M.S. El-Bourawi, Z. Ding, R. Ma, M. Khayet, J. Membrane Sci. 285 (2006) 4-29.[2] M.C. Garca-Payo, M. Essalhi, M. Khayet, Desalination (2009) en imprenta.

Figura 1. Flujos de permeado en funcinde la temperatura del alimento para las fibras huecas preparadas con diferentesconcentraciones del aditivo (PEG): (a) 3%en peso; (b) 5%enpeso.Temperaturadelpermeado = 20C


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Preparacin y caracterizacin de nanocompuestos de polifluoruro de vinilideno reforzado con nanotubos de carbono

J . Medina Tern1, M . Khayet1, M . A Lpez Manchado2 y R . Verdejo Mrquez2

1 Departamento de Fsica Aplicada I, Facultad de Ciencias Fsicas, Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid; [email protected].

2 Instituto de Ciencia y Tecnologa de Polmeros, Consejo Superior de Investigaciones Cientficas, Juan de la Cierva 3, 28006 Madrid.

El objetivo del presente trabajo es analizar las caractersticas morfolgicas y propiedades trmicas y mecnicas de nanocompuestos de polifluoruro de vinilideno (PVDF) reforzado con nanotubos de carbono. Se han empleado nanotubos de carbono de pared mltiple (MWNTs) sintetizados en nuestros laboratorios mediante la tcnica de deposicin en fase vapor (CVD).

PVDF es un material termoplstico con excelentes propiedades intrnsecas, fcil de pro-cesar y a un relativo bajo coste en comparacin con otros fluoropolmeros. Es un polmero ferroelctrico exhibiendo eficientes propiedades de piezoelectricidad y piroelectricidad. Por todo ello, el PVDF es un material muy verstil con un amplio abanico de posibilidades a nivel industrial [1]. La adicin de MWNTs puede mejorar su conductividad elctrica y trmica para aplicaciones como sensores o actuadores polimricos.

Primero se mezcl el PVDF en estado fundido con los MWNTs en una mini-extrusora Ha-ake de doble husillo con una capacidad de 7 cm3 obtenindose nanocompuestos de diferentes concentraciones de nanotubos (0.5, 1 y 2% en peso) Adicionalmente se prepar una muestra con nanotubos de carbono funcionalizados (mtodos oxidativos) al 1% en peso. Posterior-mente, se prepararon placas de espesores determinados para su posterior caracterizacin me-diante moldeo por compresin en una prensa Collin P200P.

Se analiz la morfologa de los materiales mediante difraccin de rayos X, microscopia electrnica de barrido y espectroscopia Raman, donde se pudo apreciar una homognea dis-persin de los nanotubos de carbono en la matriz polimrica. Adems se realizaron medidas de ngulos de contacto empleando lquidos de diferente polaridad (agua destilada, etilengli-col y diiodometano) y se determinaron las propiedades superficiales, energa libre superficial (diferentes parmetros de tensin superficial), trabajo de adhesin, energa de cohesin y el factor de solubilidad. El grado de hinchamiento de las muestras o swelling en agua destila-da, metil tert-butil ter (MTBE) y metanol. Por ltimo se midi la conductividad trmica del PVDF y de los nanocompuestos de PVDF reforzados con MWNTs utilizando el mtodo de Lees y se compararon los resultados [2].

Se ha observado que la adicin de los nanotubos mejor las propiedades mecnicas del material (rigidez y resistencia), mejor su estabilidad trmica reflejado en un desplazamiento de la degradacin del material a temperaturas ms altas, y adems, se observ una clara ace-leracin en el proceso de cristalizacin del PVDF.

Referencias[1] F. He, J. Fan, S. Lau, Polymer testing, 27 (2008) 964-970. [2] B. Galms, M. Khayet, C. Garca-Payo, Efecto de nano y micropartculas sobre la conductividad

trmica de materiales polimricos, in La investigacin del Grupo Especializado de Termodinmica de las Reales Sociedades Espaolas de Fsica y de Qumica (2008) ISBN: 978-84-613-1085-2. p. 147-157.


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Fabricacin y caracterizacin de membranas de fibra hueca de polietersulfona para hemodilisis

M . E . Fuentes, M . C . Garca-Payo y M . Khayet

Departamento de Fsica Aplicada I, Facultad de Ciencias Fsicas, Universidad Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n, 28040 Madrid; [email protected].

Los seres vivos tienen la capacidad de regularse por s mismos de manera natural. Los pulmones oxigenan la sangre mediante la respiracin, la piel elimina toxinas mediante el su-dor, los riones mediante la orina, etc. Cuando los riones fallan (trabajan al 10%) o dejan de funcionar en su totalidad, se debe suplementar la funcin del rin mediante tratamientos de limpieza de la sangre. Dicho tratamiento se conoce como hemodilisis [1]. En este trabajo se han preparado fibras huecas porosas de polietersulfona (PES) utilizando el mtodo rotacional de inversin de fase seco/mojado bajo dos diferentes columnas de gases (aire y argn) para utilizarse en hemodilisis. Todos los dems parmetros del sistema se han mantenido los mis-mos excepto el tipo de gas. El procedimiento de preparacin de las membranas de fibra hueca est descrito en [2]. En el presente trabajo se prepara la disolucin polimrica mezclando, a temperatura ambiente, 57% en peso del disolvente N-metil-2-pirrolidona (NMP) con 25% en peso del aditivo etanol y 18% en peso de PES (Victrex 4100P, General Electric). La disolucin se introduce en un depsito conectado a una bombona de gas (N2) y sale a travs del spinne-ret debido a la presin ejercida por la bombona de nitrgeno (10 kPa). La parte interna de la fibra empieza a solidificarse primero debido al coagulante interno que se impulsa por medio de una bomba peristltica con un flujo de 3.14 ml/min. En este caso el coagulante interno es agua. La fibra cae a travs de un gap de aire de 28 cm a un depsito lleno de agua destilada. Posteriormente, la fibra es trasladada hacia otro depsito lleno de agua mediante un rodillo que gira a una velocidad constante de 12 m/min controlada por un motor. En este depsito, la fibra permanece durante 24 h. Antes de secar las fibras, stas se sumergen en una disolucin de 40% en peso de glicerol/agua durante 24 h para evitar que se cierren sus poros.

Una vez preparadas las fibras se procedi a la caracterizacin de su estructura transversal mediante un microscopio electrnico de barrido (SEM) y sus superficies internas y externas con un microscopio de fuerza atmica (AFM). El tamao medio de poro, la distribucin de tamao de poro, la rugosidad y el tamao de ndulos de ambas superficies fueron determi-nados a partir de las imgenes de AFM. Los dimetros internos y externos de las fibras se de-terminaron con un microscopio ptico (Olympus BX60M). Se ha medido el flujo de permeado de agua destilada en funcin de la presin aplicada que ha variado entre 30 a 120 kPa. Poste-riormente se han realizado experimentos en condiciones de hemodilisis, utilizando una di-solucin tampn de fosfato (pH 7.0) aadiendo la protena seroalbmina bovina (BSA) en una concentracin de 0.4 g/l y/o urea en una concentracin de 0.15 g/l. La temperatura y presin del alimento se mantuvieron constantes (36.5C y 30 kPa). Para realizar estos experimentos se ha empleado un sistema de filtracin tangencial con circulacin de lquido por la carcasa del mdulo de membrana formado por las fibras huecas de PES. El flujo de permeado obtenido durante un determinado tiempo se ha determinado por pesada con una balanza de precisin 0.01 g. Para reducir el tamao de poro y as aumentar el factor de separacin de la BSA, se ha sometido a ambas fibras de PES a un postratamiento trmico, bajo una temperatura de 150 C y se ha estudiado el tiempo de postratamiento trmico ms adecuado.


587

En la Figura 1 se presentan las imgenes AFM en 3D de las superficies externas e internas de las fibras preparadas con aire y con argn. Se puede observar como la morfologa de las superficies internas y externas cambia con el tipo de gas utilizado.

Se ha observado que el tipo de gas empleado afecta a la superficie externa de las fibras (rugosidad, tamao de poro, tamao de ndulo) tal como se muestra en la Tabla 1. La rugo-sidad de las superficies, tanto interna como externa, de las fibras huecas preparadas en argn es mayor que la rugosidad de las fibras preparadas en aire. Se ha observado que la permeabi-lidad del agua de las fibras huecas preparadas en argn es ms alta que la correspondiente a las fibras huecas preparadas en aire. Adems se ha corroborado que el flujo de permeado aumenta linealmente con la presin aplicada.

Figura 1.ImgenestopogrficasdeAFMen3D (2 m x 2 m)delassuperficiesexternaeinternadelasfibrashuecaspreparadasenaireyenargn.

Superficie externa Superficie internaAire Argn Aire Argn

Ra (nm) 1.4 3.8 1.9 2.1Tamao medio de ndulo (nm) 72.6 102.4 54.0 55.7Tamao medio de poro (nm) 79.8 87.3 58.2 59.7

Tabla 1. Valores promedios del parmetro de rugosidad medio, Ra, tamao medio de poro y ndulo de lassuperficiesexternaeinternadelasfibrashuecasdePESpreparadasenaireyenargn.

Referencias[1] L. P. Perepechkin, N. P. Perepechkina. Fibre Chemistry, 31(6) (1999).[2] M. Khayet, M.C. Garca-Payo, F.A. Qusay, K.C. Khulbe, C.Y. Feng, T. Matsuura. J. Membr. Sci. 311

(2008) 259-269.


588

Caracterizacin de patrones de chorros de arena contenida en un cilindro en rotacin

R . Chicharro

Departamento de Fsica, Facultad de Ciencias. Universidad Nacional Autnoma de Mxico, Mxico.

ResumenEn este trabajo se presentan los resultados experimentales del comportamiento de chorros

de arena contenida en un cilindro vertical, en cada libre y en rotacin. Se caracterizan los patro-nes generados por el sistema a diferentes velocidades angulares dado un tamao determinado y el efecto de segregacin cundo se mezclan dos tamaos diferentes. Se generan funciones de distribucin y la variacin de la entropa del sistema dependiendo de la velocidad de rotacin.

1. IntroduccinLa cada libre de chorros de lquidos, presentan una serie de inestabilidades que se ob-

servan con el rompimiento del chorro en forma de gotas. Este rompimiento se debe al efecto de la tensin superficial de los lquidos y la estructura de las gotas se debe a la forma de la boquilla de salida del fluido. Los chorros de medios granulados presentan tambin una serie de inestabilidades, a pesar de ser medios no cohesivos.

2. Dispositivo experimentalEl dispositivo experimental consiste en un cilindro de vidrio de 1m de longitud y un di-

metro interno de 0.94 cm, colocado verticalmente, el cual contiene el medio granulado. Su parte inferior se encuentra a una distancia de 1.75 m del suelo en donde se coloc un tapete de tela para evitar en lo posible la dispersin del material en el momento de la cada. Para asegurar la alineacin y evitar oscilaciones, el cilindro se encuentra en el interior de un tubo de acero inoxidable de 30 cm de longitud, que est acoplado con un motor de AC que funcio-na entre 0 y 400s-1, controlado por una computadora. El medio granulado usado es arena de Ottawa, que tiene la caracterstica de no tener aristas, evitando as mayores fuerzas de friccin entre los granos. Su tamao se encuentra en dos intervalos (0.014-0.029) cm y (0.071-0.084) cm, con una densidad de 1.5g/cm3, las cuales fueron pintadas de color diferente (blanca y negro respectivamente), para tener una buena observacin y no perder sus propiedades de rugosi-dad. La proporcin es de 50-50% de cada tamao.

3. ExperimentoEl cilindro, tapado por la parte inferior, se llena por la parte superior lentamente para

evitar en lo posible compactacin o segregacin del material. El experimento se filma con una video cmara colocada perpendicularmente al cilindro y posteriormente se fotografa perpen-dicularmente el patrn obtenido en el piso, del cual se extraen los datos de cada tamao para generar las funciones de distribucin.

4. ResultadosLa frecuencia de las inestabilidades que presentan los chorros depende de la velocidad de

rotacin. En la figura 1 se muestran estas inestabilidades para una frecuencia de = 120RPM.


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A velocidades bajas, entre 0 y 100 RPM, no se muestra el efecto, sin embargo hay un rompi-miento del chorro a pesar de no tener tensin superficial.

De los datos obtenidos, se calculan las funciones de distribucin, la densidad promedio y la entropa. La figura 2 muestra una funcin de distribucin para = 120RPM, en el recuadro se presenta el patrn obtenido al finalizar el experimento, del que se obtuvieron los datos.

La figura 3 muestra la entropa en funcin de la velocidad y se puede observar que para = 150RPM aumenta considerablemente la entropa, por lo que se muestra una velocidad crtica en donde hay un aumento de temperatura considerable.

Figura 1. Inestabilidades del chorro de arena para = 120RPM.

Figura 2. Funcin de distribucin de densidades para = 120RPM.

Figura 3.Entropaenfuncindelavelocidadderotacin.


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Evaluacin de la utilizacin de fueles ligeros y biodisel en motores diesel marinos: propiedades de ignicin y combustin

Jos Ramn Mos, Santiago Castelo, Jos Luis Legido y Manuel M . Pieiro

Departamento de Fsica Aplicada, Facultade de Ciencias, Universidade de Vigo, 36310 Vigo. ([email protected]).

Las fluctuaciones del precio del barril de petrleo han llevado al sector pesquero a situa-ciones lmite de viabilidad de explotacin, haciendo peligrar un gran nmero de puestos de trabajo. En los peores momentos se ha cuestionado el futuro de un sector productivo que tra-dicionalmente ha supuesto un de los pilares en la economa de muchas regiones costeras. Esta amenaza ha obligado a explorar posibles alternativas de produccin energtica en buques que redunden en una menor dependencia del precio del petrleo, y en la actualidad numerosos grupos de investigacin abordan este problemtica desde distintas perspectivas.

En este estudio se ha evaluado la posibilidad de utilizar proporciones variables de biodie-sel, o fueles ligeros (IFO), aadidas al gasoil convencional, buscando combustibles de precio ms asequible, que no impliquen al mismo tiempo necesidad de reformas estructurales en los buques. Cualquier intento en este sentido precisa de un anlisis detallado de las principales propiedades termofsicas de estos combustibles hbridos, que deben ajustarse a las rgidas es-pecificaciones impuestas por los fabricantes de motores. Con este objeto se han determinado los lmites de aplicabilidad de estas mezclas partiendo de medidas de densidad, capacidad ca-lorfica y viscosidad a alta presin. Dentro de los lmites de validez de utilizacin encontrados se han realizado posteriormente estudios de ignicin en un banco de pruebas que simula el proceso de combustin de un motor Diesel, con el fin de calcular la evolucin de las propieda-des de ignicin y combustin de las mezclas analizadas, tales como retardo de encendido, efi-ciencia energtica o ndice de cetano, comparados con los valores del combustible original.


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Parametrizaciones de la energa de exceso y la ecuacin de estado de fluidos de pozo cuadrado de rango variable

A . Dez1, J . Largo1 y J . R . Solana1,2

1 Departamento de Fsica Aplicada, Universidad de Cantabria, 39005 Santander.2 [email protected].

Se ha desarrollado una expresin para la energa de exceso de fluidos con potencial de pozo cuadrado de rangos dentro del intervalo 1,05 3, en la forma:

NU

NU

NU

T NU

Tu B u

T

u

T

u1 1E res E res1 22 2 1

22f f f f D

D D= + + = + + +) ) ) )_ i

(1)

donde es la profundidad del pozo de potencial, T* = kT/ es la temperatura reducida, U1 y U2 son las contribuciones de primer y segundo orden a la energa de exceso en un desarrollo perturbativo en serie de potencias del inverso de la temperatura reducida, Ures es un trmino efectivo de tercer orden en dicho desarrollo, un ) Un/N,uE(B2) es la contribucin a la energa de exceso por partcula debida al segundo coeficiente del virial y un es la contribucin de orden n excluida la correspondiente contribucin debida al segundo coeficiente del virial. Las contribuciones de primer y segundo orden a la energa de exceso se han obtenido mediante simulacin por Monte Carlo para diversas densidades reducidas * = 3, donde es el di-metro de las partculas y su densidad numrica, y los resultados se han ajustado a funciones de la forma:

u a 1ijj

j i

i1

1

8

2

4

m tD = - )==

_ i// (2)

u b2 1ijj

j i

i2

1

11

2

6

m tD = - )==

_ i// (3)

El trmino residual se ha obtenido mediante ajuste de la energa de exceso a los datos de simulacin procedentes de la bibliografa [1] para rangos 1.05 2, as como de nuevas si-mulaciones realizadas para rangos 2.2 3. la forma adoptada para dicho trmino es:

u c3 1res ijj

j i

i 1

4

2

4

m tD = - )==

_ i// (4)

Se ha analizado el rango de validez del desarrollo (1) completo, as como truncado en el trmino de primer orden y de segundo orden. Los resultados se muestran esquemticamente en la Figura 1. De acuerdo con lo que se observa en dicha figura, la aproximacin de primer orden proporciona resultados plenamente satisfactorios para 2 a cualquier temperatura supercrtica; la aproximacin de segundo orden permite incrementar el rango de aplicacin para 1.5 y cualquier temperatura supercrtica; cuando se considera adems el trmino residual en la expresin (1), la parametrizacin resultante proporciona buenos resultados para 1.05 y cualquier temperatura supercrtica.


592

Hemos desarrollado una parametrizacin anloga para la ecuacin de estado:

Z ZT

Z

T

Z

T

ZZ B B

T

Z

T

Z

T

Zres res0

12

23 0 2 2

0 122

3= + + + = + + + +tD D D

-) ) ) ) ) )_ i (5)

donde Z0 es el factor de compresibilidad del fluido de referencia de esferas duras, para el cual hemos tomado la ecuacin de Carnahan-Starling [6], B2 es el segundo coeficiente del virial del fluido de pozo cuadrado, B2

0 el del fluido de esferas duras y Zn la contribucin de orden n a la ecuacin de estado excluida la correspondiente contribucin del segundo coeficiente del virial. Los trminos Zn pueden obtenerse a partir de los tminos del mismo orden de la energa mediante relaciones termodinmicas estndar. Sin embargo, el trmino residual as obtenido no permite obtener plena concordancia con los datos de simulacin. Por ello, hemos obtenido el trmino residual mediante ajuste de los datos de simulacin de la ref. [1] y del presente trabajo a una expresin de la forma (5) con:

Z d 1res ijj

j i

i 1

4

2

4

m tD = - )==

_ i// (6)

El rango de validez de la expresin (5) completa, y el de la aproximacin obtenida trun-cado en el trmino de segundo orden segundo orden son anlogos a lo correspondientes a la energa de exceso. En cambio, El rango de validez de la aproximacin de primer orden aumenta considerablemente para valores pequeos de , extendindose hasta temperaturas considerablemente bajas. Ello es debido en gran medida a que el trmino dominante en la expresin (5) es Z0.

Los autores agradecen la financiacin de este trabajo por el Ministerio de Ciencia e Inno-vacin (MICINN), Proyecto N FIS2009-09616.

Referencias[1] J. Largo, J. R. Solana Phys. Rev. E 67, 066112 (2003).[2] J. Largo, M. A, Miller F. Sciortino. J. Chem. Phys. 128, 134513 (2008).[3] L. Vega, E. De Miguel, L. F. Rull, G. Jackson, A. McLure J. Chem. Phys. 96, 2296 (1992).[4] A. Lomakin, N. Asherie, G. B. Benedek J. Chem. Phys. 104, 1646 (1996).[5] G. Orkoulas, A. Z. Panagiotopoulos. J. Chem. Phys. 110, 1581 (1999).[6] N. F. Carnahan, K. E. Starling. J. Chem. Phys. 51, 635 (1969).


593

Medida de la conductividad trmica de peloides termales por el mtodo del hilo caliente

J . Luis1, M . Khayet1, J . M . Ortiz de Zrate1 y J . L . Legido2

1 Departamento de Fsica Aplicada I, Facultad de Ciencias Fsicas, Universidad Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n, 28040 Madrid.

2 Departamento de Fsica Aplicada, Facultade das Ciencias Do Mar, Edificio das Ciencias Experimentais, Universidade de Vigo, Campus Lagoas-Marcosede, 36310 Vigo.

E-mail de contacto: [email protected].

En este trabajo se ha medido experimentalmente la conductividad trmica (), a las tem-peraturas de 20C y 40C, de varios tipos de peloides termales de los usados habitualmente en balnearios y centros de SPA. Entre las muestras investigadas se encuentran la bentonita magnsica, la bentonita sdica, la hectorita y la arcilla Sabhasana. Las medidas se realizaron usando el mtodo del hilo caliente que, como es no-estacionario, permite obtener datos de forma rpida y en unas condiciones parecidas a las de aplicacin de los peloides. Nuestra contribucin se enmarca dentro de un proyecto de investigacin ms amplio, cuyo objetivo es una caracterizacin completa de las propiedades termofsicas de estos materiales, para conse-guir un empleo ms racional y cientfico de los mismos.

Para llevar a cabo este estudio se ha construido una cubeta en acero inoxidable horizontal y encamisada, cuya temperatura se controla por medio de un termostato de circulacin. El elemento sensor es un hilo de platino de 50 m de dimetro y 12.4 cm de longitud, que se mont en un soporte plano de fibra de vidrio. Todas las conexiones se protegieron con un pegamento epoxi aislante y el propio hilo se recubri con una capa nanomtrica de tefln, con el fin de mejorar su aislamiento y evitar corrientes elctricas parsitas a travs de la muestra. En la cubeta se deposita una capa del peloide objeto de estudio sobre la que se coloca el hilo con su soporte y se cubre todo con una segunda capa del mismo peloide. El peloide se prepara mezclando polvo de arcilla con agua destilada con una predeterminada concentracin.

Previamente, el hilo fue calibra-do de acuerdo con la norma ASTM D2717, haciendo varias medidas con agua destilada y con dimetilftalato a diferentes temperaturas. Se han se-guido procedimientos y mtodos ya desarrollados y utilizados con ante-rioridad en nuestro laboratorio [1,2].

Cuando circula una corriente elctrica por un hilo conductor fino, ste se calienta por efecto Joule. El aumento de temperatura del hilo y, por consiguiente, la diferencia de potencial entre sus extremos depen-den de la conductividad trmica del medio que lo rodea. Esencialmente, si la del medio es alta el hilo se calen-tar ms despacio que si la es baja. Resolviendo la ecuacin del calor en

Figura 1. Ejemplo de curva de calentamiento del hilo su-mergido en una muestra de bentonita sdica. La tempera-tura es de 40Cylaintensidadelctricaquecirculaporelhilo es 360 mA.


594

geometra cilndrica, usando la ley de Ohm y suponiendo que la resistencia elctrica del hilo conductor depende linealmente de la temperatura

R(T) = R0 (1 - (T - T)), (1)

puede relacionarse [3] la conductividad trmica del medio con la pendiente que se obtiene al representar en una grfica la diferencia de potencial entre los extremos del hilo frente al logaritmo neperiano del tiempo.

Como ejemplo de las medidas realizadas se presenta en la Fig. 1 la diferencia de potencial medida entre los extremos del hilo frente al tiempo, cuando circula una corriente de 260 mA y el hilo se encuentra rodeado de un peloide preparado a base de bentonita sdica a la tem-peratura de 20C. Adems, en la Fig. 2 se muestra la resistencia elctrica en funcin de la temperatura para el hilo sumergido en agua, dimetilftalato y uno de los peloides. Se comprueba, de acuerdo con la Ec. (1), que la relacin es lineal e independiente del medio en el que el hilo est sumergido.

El inters de este estudio es gran-de, ya que la conductividad trmica es uno de los factores que indican la mayor o menor aplicabilidad de un peloide dado para uso termotera-putico. Dicha aplicabilidad se mide a travs del concepto de retentividad trmica o poder de un peloide para retener su calor, que es inversamente proporcional a la difusividad. A ma-yor , mayor podr ser la temperatu-ra de aplicacin del peloide en la tera-pia termal y mayores sern los efectos teraputicos [4].

Referencias[1] J. R. Vzquez Peas, J. M. Ortiz de Zrate y M. Khayet, J. Applied Phys. 104 (2008), #044314. [2] M. Khayet y J. M. Ortiz de Zrate, Int. J. Thermophys. 26 (2005), 637-646. [3] J. M. Ortiz de Zrate, M. Khayet, Medidas de conductividades trmicas de lquidos con un calorme-

tro de hilo caliente. La Investigacin del Grupo de Termodinmica de las Reales Sociedades de Fsica y Qumica 2003. Servicio de publicaciones de la Universidad de Extremadura. Cceres, 2004.

[4] M. L. Mourelle, Caracterizacin termofsica de peloides para aplicaciones teraputicas en centros termales. Tesis doctoral. Vigo, 2006.

Figura 2.Resistencia elctrica del hilo en funcin de latemperatura. Se muestran datos obtenidos con el hilo su-mergidoenagua,endime-tilftalatoyen15%debentonitasdica en agua destilada.


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Comportamiento termofsico de un sustrato slido de peloide mezclado con diferentes aguas termales

J . L . Legido Soto1, L . Mourelle Mosqueira1, C . Medina Filgueira1, C . P . Gmez Prez1, M P . Salgado Gonzlez1 y R . Meijide Falde2

1 Departamento de Fsica Aplicada, Universidad de Vigo, Campus Lagoas-Marcosende, 36310 Vigo; [email protected]

2 Departamento de Medicina, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad de A Corua, Campus de Oza s/n 15006-A Corua

Los peloides son agentes teraputicos que se utilizan en los centros termales con fines principalmente termoterpicos, aunque tambin poseen usos cosmticos.

Los peloides estn constituidos por una fase slida, frecuentemente arcillosa y una fase lquida, ya sea agua mineral o termal, agua de mar o lago salado.

En trabajos previos se han estudiado distintos peloides aplicados en centros termales (bal-nearios y centros de talasoterapia) describindose sus propiedades termofsicas, en especial aqullas relacionadas con los efectos termoterpicos (Mourelle, 2006; Legido et al., 2007, Me-dina et al., 2008).

Continuando con estos estudios hemos analizado algunas propiedades termofsicas como densidad, calor especfico y viscosidad de un sustrato slido formado por una bentonita mez-clada con distintas aguas termales de Galicia (Tabla 1), agua de mar y agua tridestilada.

Balneario LugarHesperia Balneario de GuitirizBalneario de Lugo, Termas RomanasGran Balneario de CarballioLaias Caldaria Hotel BalnearioBalneario de MolgasBalneario de Caldelas de TuiBalneario de MondarizTermas de CuntisHesperia Isla de la TojaBalneario de Carballo

Guitiriz (Lugo)LugoCarballio (Ourense)Laias (Ourense)Baos de Molgas (Ourense)Caldelas de Tui (Pontevedra)Mondariz-Balneario (Pontevedra)Cuntis (Pontevedra)O Grove (Pontevedra)Carballo (A Corua)

Tabla 1. Balnearios de Galicia.

Esta investigacin ha sido financiada por la Consellera de Innovacin e Industria, proyec-to PGIDT07PXIB310190PR.

Los autores quieren mostrar su agradecimiento a Sofa Baz Rodrguez por su ayuda en la preparacin de las muestras.

Referencias[1] M.L. Mourelle. Caracterizacin termofsica de peloides para aplicaciones termoteraputicas en cen-

tros termales. Tesis doctoral. Universidad de Vigo, 2006.[2] J.L. Legido, C. Medina, M.L. Mourelle, M.I. Carretero, M. Pozo, Appl. Clay Sci, (2007), 36, 148-160.[3] C. Medina, M.L. Mourelle, J.L. Legido. Propiedades termofsicas de los peloides: anlisis de la densi-

dad. En: J.L Legido y M.L. Mourelle (eds). Investigaciones en el mbito iberoamericano sobre peloi-des termales. 2008, pp 205-221.


596

Densidades de soluciones acuosas de mezclas de nitratos y nitritos de litio, sodio y potasio

G . Abdelmassih, D . Salavera y X . Esteve

Crever-GATE, Departamento de Ingeniera Mecnica, Universidad Rovira i Virgili, Av Pasos Catalans 26; 43007 Tarragona [email protected]

En la actualidad ha aumentado el grado de concienciacin sobre el uso de fuentes de energa alternativas y el aprovechamiento eficiente de los recursos naturales existentes para disminuir el consumo energtico. Una buena contribucin a la disminucin del consumo elc-trico en pocas estivales, lo constituye el uso de enfriadoras de absorcin en aplicaciones de climatizacin.

Dentro de este campo existe la posibilidad de utilizar enfriadoras de absorcin accionadas por llama directa, que utilicen agua como refrigerante y permitan operar hasta 530 K en con-figuraciones multi-efecto. Para estas aplicaciones, las soluciones acuosas actuales utilizadas tienen una eficiencia limitada, ya que algunos absorbentes son excesivamente corrosivos por encima de los 440 K y otros son inestables trmicamente a dichas temperaturas

Erickson [1] patent el uso de soluciones acuosas con nitrato de Litio y nitratos/nitritos alcalinos como fluidos de trabajo en bombas de calor por absorcin a altas temperaturas. Es-tas mezclas no son corrosivas y son trmicamente estables hasta 530 K. Davidson y Erickson [2] sugirieron utilizar una mezcla acuosa de LiNO3 + KNO3 + NaNO3 con una proporcin de fraccin de msica de sal de 53:28:19 respectivamente.

Debido a la poca informacin experimental disponible respecto de esta mezcla, en el pre-sente trabajo se han determinado experimentalmente su densidad y viscosidad dinmica para concentraciones comprendidas entre el 50 y el 80% en fraccin msica de sal, y temperaturas comprendidas entre la temperatura de solubilidad para cada concentracin y 403 K. El dis-positivo experimental utilizado se compone de un densmetro de tubo vibrante y un visco-smetro de tipo pistn montados en serie y automatizados como se ha descrito en un trabajo anterior [3].

El dispositivo experimental automatizado se compone de: viscosmetro de tipo pistn os-cilante Cambridge (mod. SPC372J), procesador electrnico ViscoPro 2000, densmetro Anton Paar (mod. DMA 512P con unidad de control DMA 60), regulador de presin HiP (mod. 50-6-15), lector de presin Ditel (mod. MicroP), bao trmico Julabo (mod. F20-ME) y bomba de vaco Telstar. El densmetro y el viscosmetro se conectaron en paralelo con un Generador de alta presin HiP (High Pressure Equipment Company) controlado por un motor paso a paso (ACP&D Limited). Adems, un PC se encarga de controlar y medir todos los parmetros controlables del experimento, es decir, la temperatura y presin. Las conducciones han sido termostatizadas utilizando cables calefactores paralelos.

Las densidades y viscosidades experimentales obtenidas se han ajustado mediante ecua-ciones empricas [1], [2] en funcin de la temperatura (T) y de la concentracin msica de sal (w):

a a0 1t = + (1)

ln aT

a10000

$h = + (2)


597

en donde a b wi j ij 0

2

==

/ con i = 0, 1. Los valores experimentales de la densidad se han tomado en kgm-3, y los de la viscosidad

en mPas. Para garantizar que no existiese evaporacin, todas las medidas experimentales se han realizado a 0.4 MPa de presin. La desviacin cuadrtica media relativa del ajuste es de 0.1% para la densidad y de 3.3% para la viscosidad. En las figuras 1 y 2 se han representado los valores experimentales y calculados mediante las ecuaciones [1] y [2] de la densidad y viscosidad, para la solucin acuosa LiNO3 + KNO3 + NaNO3 (53:28:19).

Figura 1. Densidad experimental y calculada de la mezcla acuosa LiNO3 + KNO3 + NaNO3 (53:28:19) en funcin de la temperatura.[0.5, 0.6, 0.7, 0.75, _0.8fraccinmsicadesal__ Calculada con la ecuacin (1).

Figura 2. Vi

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