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Ingeniería e Investigación
Universidad Nacional de Colombia
revii_bog@unal.edu.co

ISSN (Versión impresa): 0120-5609 COLOMBIA

2007 Héctor Armando Durán Peralta / Luis Fernando Córdoba C. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL REACTOR PFTR PARA UNA REACCIÓN CON CINÉTICA DE PRIMER ORDEN UTILIZANDO LA FUNCIONAL DE LYAPUNOV Ingeniería e Investigación, abril, año/vol. 27, número 001 Universidad Nacionalde Colombia Bogotá, Colombia pp. 115-122

Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal Universidad Autónoma del Estado de México
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REVISTA INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN VOL. 27 No.1, ABRIL DE 2007 (115-122)

Análisis de estabilidad del reactor PFTR para una reacción con cinética de primer orden utilizando la funcional de LyapunovStability analysis of a PFTR reactor for a first order kinetic reaction using the Lyapunov functionals
Héctor Armando Durán Peralta1 y Luis Fernando Córdoba C.2 RESUMEN

Abunda la literatura referente al análisis de estabilidad de reactores con parámetros globalizados de concentración y temperatura (por ejemplo el CSTR), en cambio es escasa la literatura sobre la estabilidad de reactores conparámetros distribuidos donde existe distribución espacial de concentración y temperatura, como es el caso del reactor tubular PFTR. Este documento analiza la estabilidad del reactor PFTR isotérmico y no isotérmico para una reacción con cinética de primer orden utilizando la funcional de Lyapunov. Se trabaja con una cinética de primer orden pues un objetivo de este artículo es mostrar cómo se aplica lafuncional de Lyapunov al análisis de un reactor de parámetros distribuidos, dado que es casi inexistente la literatura sobre el método de la funcional de Lyapunov aplicada a la estabilidad de reactores (técnica usada en el análisis de estabilidad de sistemas en ingeniería eléctrica). El análisis de estabilidad dio como resultado perfiles de temperatura y concentración asintóticamente estables para loscasos PFTR isotérmico, no isotérmico con constante cinética independiente de la temperatura y PFTR no isotérmico adiabático. Para el PFTR con retiro de calor el análisis condujo a una región de estabilidad asintótica y a una región incierta donde puede o no haber oscilaciones. Palabras clave: funcional de Lyapunov, PFTR, estabilidad en reactores
ABSTRACT

The stability of reactors havingencompassing concentration and temperature parameters, such as continuous flow stirred tank reactors (CSTR), has been widely explored in the literature; however, there are few papers about the stability of tubular reactor having distributed spatial concentration and temperature parameters such as the plow flow tubular reactor (PFTR). This paper analyses the stability of isothermal and non-isothermalPFTR reactors using the Lyapunov functional method. The first order kinetic reaction was selected because one of this paper’s objectives was to apply Lyapunov functionals to stability analysis of distributed parameter reactors (technique used in electrical engineering systems’ stability analysis). The stability analysis revealed asymptotically stable temperature and concentration profiles forisothermal PFTR, non-isothermal PFTR with kinetic constant independent of temperature and adiabatic non-isothermal PFTR. Analysis revealed an asymptotically stability region for the heat exchange reactor and an uncertain region where it may have oscillations. Keywords: Lyapunov functional, PFTR, stability reactor.
Recibido: septiembre 19 de 2006 Aceptado: marzo 1 de 2007

Introducción
En la soluciónde diferentes problemas de ingeniería a veces se necesita acudir a métodos de cálculo como lo son los variacionales, ello implica utilizar funcionales, las cuales intervienen en la solución de ecuaciones diferenciales ordinarias y ecuaciones diferenciales parciales (Burden y Douglas, 1998), estos métodos también son fundamentales en la solución de problemas de optimización (Dale y Watson,...