PRODUCCIÓN DE ENTROPÍA EN UN MODELO AUTOCATALÍTICO NO-ISOTÉRMICO PERTURBADO CON PULSOS DE ANALITO

ENTROPY PRODUCTION IN A NON-ISOTHERMAL ANALYTE PERTURBED AUTOCATALYTIC MODEL

En este artículo se presenta el análisis termodinámico de un oscilador químico no-isotérmico tipo Lotka-Volterra perturbado con pulsos de analito. Partiendo de un mecanismo de reacción simple de tres etapas elementales, con dos inestabilidades, más una cuarta etapa que representa el efecto perturbativo, se construye un modelo matemático basado en la ley de acción de masas y en el balance de energía en recipiente cerrado y pseudo-adiabático que considera la variación de las constantes cinéticas con la temperatura según el modelo cinético de Arrhenius. La solución numérica del modelo permite estudiar la dinámica y la termodinámica basada en la segunda ley. El sistema responde a la perturbación evolucionando a una nueva trayectoria estable de ciclo límite, de modo que la concentración inicial del pulso de analito se correlaciona con valores definidos de producción de entropía y eficiencia energética. Adicionalmente se observa para ciertos valores de los parámetros de control, magnitud de la perturbación y del coeficiente global de transferencia de calor,

que la perturbación lleva al sistema a un periodo de fase muerta, el cual igualmente se correlaciona con la magnitud de dicha perturbación y con la de la producción de entropía durante este período. Finalmente, todos los resultados se analizan y comparan contra el modelo isotérmico para establecer la contribución de la exotermicidad de las reacciones a la producción de entropía.

In this article, the thermodynamic analysis of a non-isothermic Lotka-Volterra type chemical oscillator perturbed with analyte pulses is presented. Starting from a simple reaction mechanism of

three elementary steps, with two instabilities, plus a fourth step that represents the perturbative effect, a mathematical model based on the law of mass action and in the balance of energy, in closed container and pseudo-adiabatic, is constructed. In this case the variation of the kinetic constants with the temperature

according to the Arrhenius model is considered. The numerical solution of the model allows to study the dynamics and thermodynamics based on the second law. The system responds to the perturbation by evolving into a new stable limit cycle path, so that the initial concentration of the analyte pulse correlates with

defined values of entropy production and energy efficiency. Additionally, it is observed for certain values

of the control parameters, the magnitude of the perturbation and the global heat transfer coefficient, that the perturbation leads the system to a death phase period, which also correlates with the magnitude of such perturbation and with the entropy production during this period. Finally, all the results are analyzed and

compared against the isothermal model to establish the contribution of the exothermicity of the reactions to

the entropy production.