En el documento se formula el problema de encontrar clases de dependencias cinéticas en termodinámica irreversible y sistemas microeconómicos para los cuales los procesos de disipación mínima pertenecen al mismo tipo. Se muestra que este problema es un problema de control óptimo inverso y se soluciona. Enfatiza la similitud de este problema en termodinámica irreversible y microeconomía.

La termodinámica química se enfoca en los cambios de energía en las reacciones químicas, y proporciona una herramienta fundamental y ampliamente aplicable para estudiar soluciones multifase en sistemas acuosos de electrolitos. El equilibrio químico muestra los enlaces naturales de las interacciones físicas y químicas como contribuyentes en los distintos ambientes químicos, temperaturas y presiones. La termodinámica responde la pregunta de, cuanto y en que dirección, el sistema responde a los cambios. Prácticamente relaciona los cambios en la energía química con parámetros medibles, incluyendo presión, temperatura, composiciones, solubilidades y pH.Es esencial el conocimiento del equilibrio físico y químico, incluyendo reacciones. Los electrolitos están a menudo presentes en los procesos industriales naturalmente o como agentes de separación añadidos. Los iones tienen un efecto único en el comportamiento no ideal en soluciones de agua, y son necesarios los modelos que pueden tratar soluciones de electrolitos en intervalos amplios de concentración a diferentes temperaturas y presiones, junto con rutinas de cálculos asistidos por computador. Cuando se dispone de datos, los métodos modernos de cálculos asistidos por computador proporcionan, junto con experimentos de laboratorio, soluciones prácticas y útiles a escala laboratorio y piloto para tratar procesos industriales y ambientales. Esta tesis consiste en estudios de termodinámica química en soluciones de acuosas de electrolitos para aplicaciones industriales y ambientales. Se hicieron los cálculos para representar los equilibrios vapor líquido sólido y los equilibrios químicos de sistemas acuosos, incluyendo solubilidad de gases.Los métodos modernos de simulación combinados con los experimentos proporcionan una herramienta útil para la investigación y el diseño de nuevos procesos, así como para evaluar cambios en las condiciones de operación de los procesos químicos. Se emplearon los métodos de minimización de energía libre de Gibbs ChemStage y ChemSheet, junto con modelos de coeficiente de actividad, incluyendo el modelo iónico de interacción de Pitzer. Se compararon los resultados calculados, en lo posible, con experimentos o con datos de referencia. Además, este estudio consiste en estudios sobre blanqueamiento de peróxido presurizado con oxígeno, el cual es una secuencia importante del blanqueamiento de cloro toral libre (TCF), por razones ambienta-les. Se hicieron medidas y se modelaron las propiedades de la solución, como el pH, tanto en el sistema H2O2-NaOH-H2O como en con diciones de blanqueamiento. Además, se empleó un modelo multi-componente termodinámico con restricciones cinéticas para cálculos de pH en soluciones reactivas. El conocimiento de las propiedades de solución, junto con los resultados de los cálculos del modelo, se puede emplear para la optimización de los procesos de blanqueamiento con respecto al tiempo de reacción y temperatura. La termodinámica proporciona una herramienta práctica para la estimación de estados químicos de soluciones de pulpa y papel, así como en aplicaciones hidrometalúrgicas. Tal aproximación fundamental se relaciona con la energía química, las reacciones químicas, la solubilidad de gases y sales, y un parámetro de proceso en línea importante como el pH. Se aplicó posteriormente la aplicación de energía de Gibbs para los estudios dinámicos de equilibrio y reacción del sistema multifase CO2-CaCO3-H2O.

Este estudio cubre las cantidades de desempeño termodinámicas para las mezclas binarias de refrigerantes R-32/R134a,con composiciones de 20/80%, 30/70%, 40/60% en masa para un intervalo amplio de condiciones termodinámicas (presión: 0.2-3.0 MPa, temperatura: 240-480 K, y condiciones de saturación). La idea principal del trabajo es el cálculo de los valores del coeficiente de operación (COP) para sistemas de refrigeración. Se le dio atención adicional a los datos de velocidad del sonido y cambios en los procesos isoentrópicos.Se obtienen los COP relevantes basados en un ciclo de refrigeración simplificado, con una etapa de compresión y estrangulamiento, vapor saturado y sin subenfriamiento de líquido previo a la válvula de estrangulamiento. Los valores COP están dados para varias temperaturas de condensación y evaporación.Para todos los cálculos, se empleó una ecuación de estado tipo Peng Robinson para determinar las propiedades de fluido necesarias. La entalpía, la entropía, y los calores específicos constantes con el volumen y la presión, así como los exponentes de cambio isoentrópico tipo k, son presentados para todas las mezclas para el intervalo de condiciones termodinámicas descritas anteriormente. Se realizaron comparaciones de que ilustran la influencia de la presión y la temperatura en los exponentes k-p,v,kT,v,y k-p,T,y en la razón de calores específicos k (k=cp/cv). Además, se presentan las gráficas con los datos de velocidad del sonido para este intervalo de condiciones extendido.

Esto determina entonces los fluxes y las fuerzas combinadas. Se dan las formas equivalentes de la velocidad de producción de entropía. Las formas contienen diferencias finitas de variables intensivas dentro y a través de la superficie como fuerzas impulsoras. Se da la forma general de las relaciones fuerza flux.Las expresiones para los fluxes sirven como condiciones de frontera para la integración a través de sistemas heterogéneos. Se discuten dos ejemplos en mayor detalle. El primer ejemplo es el transporte acoplado de calor y masa dentro y a través de una superficie líquido/vapor. El segundo ejemplo se relaciona con los fenómenos en la superficie de electrodos: el transporte acoplado de masa, calor y carga, y una reacción química.Asumiendo que los dos lados de la superficie pueden describirse como resistencias en serie, los autores del documento fueron capaces de reducir el número de coeficientes de transporte desconocidos de forma considerable. Para ambos ejemplos se muestra que los coeficientes de acoplamiento para flujo de masa y calor eran grandes en la superficie cuando las fases homogéneas tienen una diferencia de entalpía amplia. Como consecuencia, no es suficiente usar, por ejemplo, la ley de Fourier para el transporte de calor a través de superficies.

El uso de suspensiones de hielo como refrigerantes secundarios es una tecnología muy pro-metedora. El objetivo de este artículo es evaluar la contribución del análisis de segunda ley al estudio de un cambio de fase de un refrigerante secundario in sistemas de enfriamiento. El primer paso del trabajo presentado aquí consiste de dos partes: la primera se relaciona con el cálculo de entalpías y entropías, y la segunda es un análisis de entropía/exergía de un intercambiador de calor. El trabajo pretende proporcionar un criterio termodinámico para escoger la clase de fluido y las condiciones de entrada que son más adecuadas para una aplicación particular. Se presenta el establecimiento del método y los resultados que han sido obtenidos para una mezcla de alcohol etílico (etanol) agua.

En el artículo se comparan tres formas distintas de modelar la destilación por platos (tray distillation) entre si, y entre los datos experimentales: la forma más común que asume equilibrio entre las fases vapor y líquido a las salidas de cada plato, y dos métodos más precisos que emplean la termodinámica irreversible. La termodinámica irreversible determina las fuerzas impulsoras y los fluxes de un sistema de acuerdo con la segunda ley. Se muestra que los métodos que emplean termodinámica irreversible (ecuaciones de Maxwell-Stefan) son superiores al método que asume que se alcanza el equilibrio en cada plato. Debe incluirse el método Soret para tener una buena descripción del flux de calor.

En el prefacio del libro ¿Qué es vida? ? uno de los grandes clásicos de la ciencia de todos los tiempos ? Erwin Schrödinger (1967) observaba: Un científico se supone que tiene un conocimiento profundo y completo de primera mano de algunos temas y,por ello, se espera usualmente que no escriba sobre ningún tópico del cual no sea maestro. Esto se considera como una cuestión de nobleza obliga.El principio de no interferencia con los campos más alejados de la ciencia a menudo excluye a los científicos de buscar una explicación para los aspectos universales de la ciencia, los cuales son de crucial importancia para la sociedad en general. Por ejemplo, los modelos tecnológicos sofisticados de producción de biodiesel (e.g. Hemelinck, 2004) no pueden formularse por si solos sin fusionarlos primero con un análisis detallado de las posibilidades de destrucción del ambiente a un largo plazo y de los invaluables ecosistemas.Este ejemplo no es simple interés académico. Un texto básico de Bioenergía de la Naciones Unidas (Kartha and Larson,2000) establece: "en la mayoría de los escenarios intensivos en biomasa, la energía proveniente de ésta contribuye?para el 2050?con cerca de la mitad de la demanda de energía total de los países en desarrollo?El escenario de suministro de energía en el futuro intensiva en biomasa del Panel Intergubernamental para Cambio Climático (IPCC) incluye 385 millones de hectáreas de plantaciones de energía a partir de biomasa globalmente en el 2050 (equivalente a cerca de un cuarto del área agrícola actualmente plantada), con tres cuartos de esta área localizada en los países en desarrollo." La palabra mágica sostenible aparece 130 veces en el tecto básico de las Naciones Unidas, sin ser definida. ¿Qué pasará si los países en de-sarrollo confían sus sociedades y ecosistemas frágiles a un esquema de suministro de energía fundamentalmente insostenible y defectuoso? ¿Qué si la generación distribuida de energía solar es una alternativa significativamente mejor que los biocombustibles?Aquí es donde el autor rechaza la nobleza y el lanzamiento de una síntesis de hechos y teorías relacionadas con la producción de un biocombustible común, etanol a partir de maíz, aunque con un conocimiento de segunda mano de algunos de estos hechos y con el riesgo de que el autor quede como un tonto. El profesor Patzek tiene la esperanza que una parte o la mayoría de este trabajo sea leído por los agricultores, ingenieros, ambientalistas y políticos interesados. En particular, desea alcanzar a los científicos quienes en su mayor parte permanecen felizmente inconcientes de los enormes problemas reales relacionados con el suministro de energía para 6000 millones de personas, pero quienes a menudo analizan vigorosamente asuntos periféricos (con la adición de caer en el aislamiento y quedar fuera de contexto). La mayoría de los biocombustibles tradicionales,tales como el etanol a partir del maíz o de azúcar de remolacha, y el biocombustible a partir de semillas de plantas que producen aceite, se obtienen a partir de cultivos alimenticios agrícolas clásicos que requieren tierra de cultivo de alta calidad para su crecimiento. Una porción significativa de la luz solar que capturan estos cultivos se desvía para producir semillas y azúcar de reserva, y sus temporadas de crecimiento son cortas. El rendimiento de energía neta del maíz, aproximadamente 100-130 GJ/ha-cultivo(Parte I de este documento), es significativamente más bajo que aquellos de cultivos perennes y pastos (200-300 GJ/ha-cultivo) y caña de azúcar (400 GJ/ha-cultivo) (Rogner, 2000)...

No es común para los investigadores involucrados en el procesamiento de biomasa para combustibles afirmar que hay billones de toneladas de ?biodesechos? allí afuera, listos para ser recogidos cada año, y procesados, proporcionando en efecto una fuente casi libre, abundante ambientalmente benigna de energía para la humanidad.Los autores defienden que los ecosistemas (los hogares de la Tierra) son las redes intrínsecamente unidas de la vida que no conocen el concepto de residuo (Capra, 1996; Patzek, 2004). Por ello, ?biodesecho? es una clasificación ingenieril de partes de animales y plantas sin utilizar en un proceso industrial. Este concepto humano obsoleto es completamente ajeno a los ecosistemas naturales, los cuales deben reciclar su material completamente para sobrevivir (Odum, 1998; Patzek, 2004). La remoción excesiva de ?biodesechos? le roba a los ecosiste-mas nutrientes y especies vitales, y los degrada irreversiblemente (ver Georgescu-Roegen,1971;Odum, 1998;Patzek,2004 para una discusión más detallada).Este documento está dirigido a cualquier persona que esté interesada en el suministro de energía para la humanidad y la preservación del medio ambiente global hasta la mayor extensión posible. Cuando las plantas suministran energía fósil a escala global, su cultivo impacta muchos ecosistemas grandes e importantes, y puede no ser el único punto buscado por los ambientalistas y los gobiernos de esta línea para reducir las emisiones de gas invernadero y disminuir la velocidad del calentamiento global.Los autores sugieren que la conservación de la energía a través de la eficiencia incremental (Pimentel et al., 2004), así como la confianza creciente en la energía solar pueden disminuir las influencias humanas en el medio ambiente global más que todos los otros esquemas de suministro de ?energía renovable? considerados hoy.Con petróleo de alta calidad circulando en los próximos 50 años, los gobiernos del mundo y la industria petroquímica están buscando en la biomasa un sustituto de materia prima de refinación para combustibles líquidos y otros químicos base. Se están estableciendo nuevas plantaciones grandes en muchos países, principalmente en los trópicos, pero también en China, Norteamérica, el norte de Europa y Rusia. Estas plantaciones industriales impactarán los ciclos del carbono, agua, nitrógeno y fósforo en formas complejas. El propósito de este documento es emplear la termodinámica para cuantificar unos pocos de los muchos problemas globales creados por la silvicultura y agricultura industriales. Se asume que una plantación de árboles para energía a partir de biomasa se combina con una instalación de peletización local eficiente para producir pellets de madera para exportación al extranjero.La eficiencia de conversión de biomasa a energía más alta es permitida por una planta de energía eléctrica eficiente, seguido de una combinación de combustible diesel Fischer Tropsch quemado en un auto-móvil con el 35% de eficiencia, más electricidad. La conversión de pellets de madera en etanol para combustible es siempre la peor opción...

En los años 1990?s, la termodinámica continua había sido recientemente desarrollada y aplicada al equilibrio líquido de soluciones de polímeros polidispersas. Emplea la función de distribución continua en las ecuaciones termodinámicas para alcanzar un tratamiento conciso y conveniente de sistemas polidispersos. Este artículo presenta la aplicación de termodinámica continua a procedimientos sucesivos de fraccionamiento de polímeros basados en diferencias de solubilidad.El método es luego aplicado para describir la columna de fraccionamiento Baker Williams.Finalmente, se emplea para modelar fraccionamiento continuo de polímeros que parte el polímero en dos partes que pueden ser fraccionadas nuevamente.

En el artículo se definen y analizan los límites termodinámicos para varios procesos tradicionales y asistidos por trabajo de desarrollo secuencial con velocidades finitas, importantes en ingeniería y biología. Los límites termodinámicos están expresados en términos de cambio de exergía clásicos y un mínimo residuo de exergía disipada, o alguna extensión incluyendo penalidad por tiempo.Se consideran procesos con transferencia de calor y masa que ocurren en un tiempo finito y con equipo de dimensión finita. Estos procesos incluyen calor y operaciones de separación, y se encuentran en intercambiadores de calor y masa, redes térmicas, convertidores de energía, unidades de recuperación de energía, sistemas de almacenamiento, reactores químicos, y plantas químicas. El análisis del autor esta basado en la condición que, para hacer útiles los resultados de los análisis termodinámicos en ingeniería económica, es el límite termodinámico, no la eficiencia termodinámica máxima, el que debe ser superado para requerimientos de proceso prescritos.Una parte creativa de este trabajo perfila una aproximación general de la construcción de ?variables de Carnot? como controles adecuados. Modelos endoreversibles, de velocidad finita incluyen pérdidas irreductibles mínimas causadas por resistencias térmicas al potencial de exergía clásico. Se formulan funciones de trabajo extremo (extremum), las cuales incorporan producción de entropía mínima residual, en términos de estados iniciales y finales,duración total, y (en procesos discretos) número de etapas.