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Modelos matemáticos para procesos electroquímicos

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Científicos del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq) desarrollan estudios para el empleo de herramientas de modelado

matemático, basadas en inteligencia artificial, para el diseño de reactores electroquímicos enfocados en el tratamiento de aguas residuales y la generación de energías alternativas.

El proyecto es desarrollado por el posdoctorando Francisco Javier Sánchez Ruiz y la investigadora Bibiana Cercado Quezada adscrita a la Dirección de Ciencia de Cideteq, quien destacó la importancia de las ecuaciones matemáticas en la investigación de modelado y diseño de reactores químicos y bioelectroquímicos, ante la necesidad de representar en forma símbolos de los fenómenos físicos, químicos y biológicos presentes en este tipo de sistemas.

“Los reactores bioelectroquímicos son sistemas que tienen presente los tres fenómenos mencionados. Las ecuaciones pueden ser simples o complejas, esto depende de la necesidad de la línea de investigación, el grupo del Cideteq está planteando ecuaciones matemáticas robustas, con las cuales se busca encontrar un modelo que represente de forma real el comportamiento de un reactor bioelectroquímico usado para producción de biogás e hidrógeno, así como los valores de las variables para lograr una reproducibilidad cuasiestable”.

Bibiana Cercado.

El doctor Francisco Javier Sánchez Ruiz detalló que para este desarrollo se emplean herramientas de modelado de caja abierta y cerrada, cuya función es ayudar a la solución de las ecuaciones matemáticas planteadas de los fenómenos físicos, químicos y biológicos.

“En el Cideteq estamos combinando el uso de herramientas de caja abierta, cerrada e inteligencia artificial en la investigación de reactores bioelectroquímicos. Las herramientas de caja abierta, que requieren de un código fuente, o la escritura de la secuencia de pasos a seguir en la solución de modelos de programación pueden ser Fortran, C++ y en los últimos años Python. Las de caja cerrada son programas o paqueterías comerciales que muestran un ambiente intuitivo y fácil de programar. También se han generado herramientas de modelado basadas en inteligencia artificial que se han implementado en sistemas de estimación de variables y solución de modelos matemáticos no lineales dependientes, obteniendo resultados cercanos a los reales”.

La doctora Bibiana Cercado puntualizó que en este centro público especializado en electroquímica existen varias líneas de investigación en donde se aplican estas herramientas de modelado.

El Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq) forma parte del Sistema de Centros Públicos de Investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), especializado en la investigación y desarrollo tecnológico en electroquímica, además proporciona servicios a la industria, tales como análisis de metales, de aguas, caracterización de materiales y análisis de fallas.

“Aquí nos enfocamos en el tratamiento de aguas, generación de energía, fenómenos de corrosión y procesos de recubrimientos protectores para diversos materiales. En los dos primeros casos, los procesos inevitablemente requieren del uso de reactores, para lo cual se ha propuesto una variedad de diseños que dependen de su función. El modelado y simulación de perfiles hidráulicos y de perfiles de corriente y potencial en electrodos son algunas aplicaciones de las herramientas de modelado. El diseño de reactores no solo se realiza para procesos a meso y gran escala, sino que tiene aplicaciones para microceldas y sensores”.

Destacó que para el desarrollo de estos proyectos, el Cideteq participa en tres clústeres del Centro Mexicano de Innovación en Bioenergía (Cemie-Bio) integrados por instituciones de educación superior, centros públicos de investigación y varias empresas.

“Los estudiantes que colaboran en las investigaciones para producción de electricidad, biogás e hidrógeno tienen formación en ingeniería química, ambiental, energías alternativas y renovables. Nuestras líneas de investigación son interdisciplinarias y la formación de los estudiantes se adapta perfectamente con los diversos aspectos de reactores bioelectroquímicos para remoción de contaminantes o producción de energía. En este punto, debo hacer notar que son minoría los estudiantes que llegan con antecedentes académicos en electroquímica, por lo que pasan por un periodo de capacitación y aprendizaje dentro de Cideteq”.

 

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