En este trabajo se presenta el diseño e implementación de una grilla (ventana multidimensional) móvil para aproximar numéricamente la solución de la ecuación de Fisher-Kolmogorov (FK), aplicada al modelamiento de frentes de reacciones autocatalíticas de reacción-difusión-advección. Nos apoyaremos en la perspectiva de la físico-química, el análisis numérico y su implementación en computador. Explicaremos concretamente en qué consisten las reacciones autocatalíticas y la importancia del estudio de los frentes de onda en dichas reacciones. Precisamos los fenómenos de reacción-difusión, mencionando los principales valores conocidos de velocidad de los frentes de onda, cuando no existe flujo externo. Mencionamos la dinámica de los sistemas de reacción-difusión-advección, con velocidades externas pequeñas (número de Peclet pequeño ( )), haciendo énfasis en el fenómeno de la dispersión hidrodinámica de Taylor y algunas aproximaciones asociadas. En cuanto al análisis numérico, utilizamos el método de diferencias finitas para aproximar las ecuaciones diferenciales mencionadas anteriormente, convirtiéndolas en relaciones algebraicas, utilizando el método Forward-Time Centered-Space (FTCS), mencionando los criterios de convergencia y estabilidad necesarios. Con ello, formulamos y sustentamos un algoritmo de grilla móvil, implementándolo en Fortran. Con el algoritmo implementado en Fortran, simulamos los frentes de onda, sin advección y con advección, comparando los valores teóricos de velocidades de frentes de onda, con los valores simulados. Al obtener una similitud razonable entre los valores de velocidad de los frentes de onda, para reacciones de orden dos (cuadráticas) y tres (cúbicas), procedimos a realizar predicciones sobre las velocidades de los frentes para reacciones de orden superior, cuatro y cinco. Durante las simulaciones por computadora, hemos conseguido mejorar el procesamiento de datos utilizando procesamiento paralelo y operaciones de bloques de memoria, adaptando nuestras estructuras de datos a la jerarquía de memoria cache del CPU utilizado. El algoritmo de grilla móvil implementado, con su estrategia de procesamiento y adaptación de estructuras de datos, puede ser adaptado fácilmente para estudiar otros fenómenos que admiten un esquema explícito para ser simulados. / Tesis

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En este trabajo se presenta el diseño e implementación de una grilla (ventana multidimensional) móvil para aproximar numéricamente la solución de la ecuación de Fisher-Kolmogorov (FK), aplicada al modelamiento de frentes de reacciones autocatalíticas de reacción-difusión-advección. Nos apoyaremos en la perspectiva de la físico-química, el análisis numérico y su implementación en computador. Explicaremos concretamente en qué consisten las reacciones autocatalíticas y la importancia del estudio de los frentes de onda en dichas reacciones. Precisamos los fenómenos de reacción-difusión, mencionando los principales valores conocidos de velocidad de los frentes de onda, cuando no existe flujo externo. Mencionamos la dinámica de los sistemas de reacción-difusión-advección, con velocidades externas pequeñas (número de Peclet pequeño ( )), haciendo énfasis en el fenómeno de la dispersión hidrodinámica de Taylor y algunas aproximaciones asociadas. En cuanto al análisis numérico, utilizamos el método de diferencias finitas para aproximar las ecuaciones diferenciales mencionadas anteriormente, convirtiéndolas en relaciones algebraicas, utilizando el método Forward-Time Centered-Space (FTCS), mencionando los criterios de convergencia y estabilidad necesarios. Con ello, formulamos y sustentamos un algoritmo de grilla móvil, implementándolo en Fortran. Con el algoritmo implementado en Fortran, simulamos los frentes de onda, sin advección y con advección, comparando los valores teóricos de velocidades de frentes de onda, con los valores simulados. Al obtener una similitud razonable entre los valores de velocidad de los frentes de onda, para reacciones de orden dos (cuadráticas) y tres (cúbicas), procedimos a realizar predicciones sobre las velocidades de los frentes para reacciones de orden superior, cuatro y cinco. Durante las simulaciones por computadora, hemos conseguido mejorar el procesamiento de datos utilizando procesamiento paralelo y operaciones de bloques de memoria, adaptando nuestras estructuras de datos a la jerarquía de memoria cache del CPU utilizado. El algoritmo de grilla móvil implementado, con su estrategia de procesamiento y adaptación de estructuras de datos, puede ser adaptado fácilmente para estudiar otros fenómenos que admiten un esquema explícito para ser simulados. / Tesis

Modela y simula sistemas reaccionantes complejos, usando el análisis tensorial, en fase heterogénea. Modela reacciones complejas lineales en fase heterogénea, y reacciones homogéneas, mediante el análisis tensorial. Simula los sistemas de reacciones complejas lineales abordados. Analiza la aplicabilidad del método en sistemas de reacciones complejas no lineales en fase heterogénea. / Tesis

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Guía de experimentos de Laboratorio para el curso de Química, que corresponde al ciclo 2013-1. En este curso se imparte los conocimientos básicos y fundamentales de Química necesarios para todos los alumnos que siguen una carrera de Ingeniería.

Guía de experimentos de Laboratorio para el curso de Química, que corresponde al ciclo 2013-2. En este curso se imparte los conocimientos básicos y fundamentales de Química necesarios para todos los alumnos que siguen una carrera de Ingeniería.

Guía de experimentos de Laboratorio para el curso de Química, que corresponde al ciclo 2014-1. En este curso se imparte los conocimientos básicos y fundamentales de Química necesarios para todos los alumnos que siguen una carrera de Ingeniería.

Ingeniero Civil Químico / El incremento en la demanda energética mundial para los años venideros y el problema del cambio climático motivan la búsqueda de formas de generación de energía eléctrica más limpias y eficientes que las actuales. En este escenario surgen las celdas de combustible, dispositivos electroquímicos que permiten convertir directamente la energía química de combustibles tales como H2, metano, etc., en energía eléctrica. Entre los tipos de celdas de combustible desarrollados destacan las de óxido sólido (SOFCs, por sus siglas en inglés), debido a las altas densidades de potencia que pueden alcanzar (400 - 500 mW cmˉ², operando con H2) y a la posibilidad de usar carbón como combustible. Dado que los electrodos convencionales de una SOFC se desactivan al usar carbón, se propone reemplazar el ánodo tradicional de Ni-YSZ (electrodo cerámico de níquel mezclado con circona estabilizada con itria) por uno de estaño fundido, el cual permitiría la oxidación directa del carbón por reducción del óxido generado en la interfase ánodo|electrolito (Sn(l)-SOFC). A pesar de ser una alternativa prometedora, se ha detectado que la formación de SnO2 en la interfase ánodo|electrolito es más rápida que la reducción de este con carbón, lo cual afecta negativamente el desempeño de la celda al aumentar las resistencias internas con el tiempo. Dado esto, en el presente trabajo de memoria se desarrolló un modelo cinético que permite determinar el tiempo que tarda en formarse una monocapa de SnO2 en la interfase ánodo|electrolito, con el fin de estimar el tiempo de estabilidad de la celda. Del análisis de las constantes de equilibrio calculadas para estas reacciones, se desprende que la formación de Sn2O3 es despreciable con respecto al resto de las especies, por lo que la rama de reacciones asociadas a esa especie se omitió. Las constantes cinéticas de las otras reacciones se determinaron mediante el ajuste de una curva densidad de corriente vs. sobrepotencial proveniente de un ajuste previo de datos experimentales obtenidos por voltametría a un modelo cinético electroquímico. En un primer ajuste, se obtuvo un coeficiente de determinación R² = 0,7514, suponiendo que las concentraciones de todas las especies en la superficie del electrolito se mantienen constantes. Al desechar este supuesto, se obtuvo R² = 0,9995. Al usar los datos experimentales ajustados con un modelo simplificado, se obtuvo un ajuste con R² = 0,9994 que permitió determinar que la monocapa se forma en aproximadamente 160 s, operando al potencial que genera la mayor densidad de potencia (0,42 V). Sin embargo, la determinación de la resistencia de esta capa (2,789 e-9 Ω) indica que no es suficiente para afectar significativamente el desempeño de la celda, por lo cual se propone para trabajos futuros el planteamiento de un modelo multicapa que permita determinar la estabilidad real de esta.

Estudia los catalizadores basados en platino con la finalidad de optimizar el rendimiento de las celdas de combustible. Para este estudio se obtuvo un catalizador de Pt3Cr/C mediante la síntesis de poliol depositados en carbono Vulcan® XC-72, con la finalidad de mejorar la reacción de reducción del oxígeno. La caracterización física del catalizador fue realizado a través de técnicas como difracción de rayos, energía dispersiva de rayos X, absorción de rayos X, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X y microscopía electrónica de transmisión. Para los estudios electroquímicos fueron realizados curvas de polarización en la celda unitaria utilizando membrana de Nafion®115, alimentadas con H2 en el ánodo y O2/aire en el cátodo, a diferentes temperaturas y presiones. Para la determinación del área activa se utilizó el método de stripping CO. El tamaño de partícula para el catalizador fue de 3,0 nm y la relación de átomos del Pt y Cr es de 3 a 1, respectivamente. El área superficial activa para el catalizador sintetizado fue de 483 cm2 mientras para el comercial fue 1029 cm2 por electrodo. A pesar de presentar una mayor superficie, el catalizador comercial ETEK comparado con el catalizador Pt3Cr/C sintetizado presentó un mejor rendimiento debido a la presencia de óxidos de cromo según se observó en el XPS.