aplicaciones de los fluidos supercríticos - paulet.pe · solubilización, difusividad, viscosidad,...
TRANSCRIPT
Aplicaciones de los Fluidos Supercríticos First Author #1, Second Author *2, Third Author #3, Fourth Author #4, Fifth Author #5, Sixth Author #6, Seventh Author #7
# Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de San Agustín
Apaza Quenta, Alex1
Chancuaña Carrillo, Edison 2
Lazarte Mejía,Luz Yanina3
Paz Condori, Gonzalo Ronal4
Pocco Chupa, Luis Enrique5
Quispe Salinas, Kimberly Ashly 6
Ramos Paredes, Jubert Angelo 7
ABSTRACT—Above the critical temperature and
pressure of various fluids (scCO2, methanol,
scH2O) we find supercritical fluids. Such fluids
have properties such as solubilization, diffusivity,
viscosity, among others, which vary markedly by
pressure and temperature. With regard to the
environment supercritical fluids in subcritical
conditions have green (environmentally friendly)
properties which can be applied to reduce
environmental pollution. In this paper we will find
applications for different fields in the industry such
as oil extraction, refrigeration in nuclear reactors,
energy storage by Joule Brayton generators.
Key words: supercritical fluids, oil extraction,
biodiesel, energy storage.
RESUMEN—Por encima de la presion y
temperatura critica de diversos fluidos (scCO2;
metanol, scH2O) encontramos a los fluidos
supercríticos. Dichos fluidos tienen propiedades como
solubilización, difusividad, viscosidad, entre otras, que
varían notablemente por la presión y temperatura. Con
referencia al medio ambiente los fluidos supercríticos
en condiciones subcríticas tienen propiedades verdes
(amigables con el medio ambiente) las cuales pueden
aplicarse a la reducir la contaminación ambiental. En
este presenta trabajo se encontrara con aplicaciones
para diferentes ámbitos en la industria como extracción
de aceites, refrigeración en reactores nucleares,
almacenamiento de la energía mediante generadores
Joule Brayton.
Palabras clave: fluidos supercrítico, extracción de
aceites, biodiesel, almacenamiento de energía.
1.- INTRODUCCIÓN
Un fluidos supercrítico no está definido como un
líquido o como un gas, sino como una sustancia en un
estado crítico a una temperatura (TC) y presión crítica
(PC). Por ejemplo, el dióxido de carbono supercrítico
(scCO2; punto crítico: 7,38 MPa, 304 K / 31,1 ° C y
73,8 bar). Su densidad se puede cambiar en función de
la temperatura y la presión [1].
En general, cerca del punto crítico, pequeños cambios
de temperatura o la presión llevan a cambios
significativos en la solubilidad, coeficiente de partición,
momento dipolar y constante dieléctrica. Es
relativamente fácil controlar estas propiedades, ya que
pequeños cambios en la temperatura cerca del punto
crítico puede alterar la reactividad en procesos
bioquímicos como disolvente. La resistencia de un
fluido supercrítico puede variar al cambiar la presión y
la temperatura [2].
Figura 1. Diagrama presión- temperatura para
sustancias puras
Fuente: autoría propia
A alta temperatura, la fuerza de las partículas logra que
se muevan libremente esto supera a la de la fuerza inter-
molecular, si la distancia inter-molecular se reduce al
mínimo bajo presión. Se alcanza así el estado
supercrítico en el que no se produce una fase
condensada. Cuando la presión aumenta, la densidad
del gas sin embargo se hace más alta. La distancia inter-
molecular a continuación, se hace más corta, lo que
hace imposible no tener en cuenta los efectos de la
acción inter-molecular. Si el movimiento molecular se
puede observar directamente, que se supone que es tan
violento como en el estado gaseoso. Esta es la razón por
qué “supercrítico es el estado intermedio entre el gas y
el líquido” [3].
Actualmente se ha promovido la investigación de
nuevas tecnologías más respetuosas con el medio
ambiente, que no representen ningún riesgo para la
salud y garanticen una calidad superior de los
productos. Entre ellas emerge la llamada tecnología de
fluidos supercríticos, basada en la utilización de un
fluido, precisamente supercrítico, como disolvente
alternativo, siendo el más utilizado el dióxido de
carbono, CO2, supercrítico [4]. El agua supercrítica
muestra una alta solubilidad de la materia orgánica y
una fuerte capacidad de hidrólisis [3].
Tabla 1. Comparación de las propiedades FSC con los líquidos y gases
PROPIEDAD GAS FSC LÍQUIDO
DENSIDAD,
(Kg/m3)
0.6 - 2 200 – 900 600 – 1600
Coeficiente de
difusión,
(m2/s)x109
1 – 3 1 - 9 20 - 300
VISCOSIDAD
(Pa.s)x105
10 000- 40 000 20- 70 0.2 - 2
Fuente: M. Vázquez Da Silva . Supercritical And Its Applications. CESPU
Tabla 2. Propiedades críticas de los fluidos supercríticos más usados
COMPUESTO TC (K) PC (MPa) ρC (mol/L)
INO
RG
AN
ICO
Dióxidos de carbono
(CO2) 304.18 7.380 10.6
Amoniaco(NH3) 405.4 11.300
Agua(H2O) 647±2 22.064 17.9
HID
RO
CA
RB
UR
OS
Metano(CH4) 190.6 ±
0.3 4.6 ± 0.03 10.1 ± 0.2
Etano(C2H6) 305.3 ±
0.3 4.9 ± 0.1 6.9±0.4
Propano(C3H8) 369.9 ±
0.2
4.25 ±
0.01 5.1 ± 0.4
n-Pentano(C5H12) 469 ± 0.5 3.36 ±
0.06 3.22 ± 0.07
n-Hexano(C6H14) 507.6 ±
0.5
3.02 ±
0.04 2.71 ± 0.02
Benceno(C6H6) 562.0 ±
0.8
4.89 ±
0.04 3.9 ± 0.2
Tolueno(C7H8) 593±2 4.1 ± 0.1 3.17 ± 0.01
OX
IGE
NA
DO
S
Metanol(CH4O) 513 ± 1 8.1 ± 0.1 8.51 ± 0.07
Etanol(C2H6O) 514 ± 7 6.3 ± 0.4 6.0 ± 0.2
Acetona(CH3COCH3) 508 ± 1 4.8 ± 0.4 4.63
Éter Etílico(C4H10 O) 467 ± 2 3.6 ± 0.1 3.5 ± 0.4
Fuente: NIST (The National Institute of Standards and Technology)
2.- PROPIEDADES
Los fluidos supercríticos (SCF) varían en
comparación con las propiedades de los líquidos
reales. Por ejemplo, el agua supercrítica es
relativamente no polar y ácida [5]. Los fluidos
supercríticos no pueden definirse como un líquido o
como un gas, sino como una sustancia en un estado
("estado supercrítico") por encima de su temperatura
crítica (TC) y presión crítica (PC). Por ejemplo, el
dióxido de carbono supercrítico (sc𝐶𝑂2, punto
crítico: 7,38 MPa, 304 K / 31,1 ° C y 73,8 bar) es un
medio no polar con gran momento tetrapolar [6]. Su
densidad puede cambiar en función de la
temperatura y la presión [7]. En la presión crítica, su
compresibilidad se maximiza, y los pequeños
cambios a los parámetros térmicos pueden llevar a
cambios grandes en su densidad local (Figura 2).
No es de extrañar que los SCF como disolventes no
acuosos para reacciones catalizadas por enzimas
hayan atraído la atención de enzimólogos desde los
años ochenta y se han empleado en una variedad de
aplicaciones biotecnológicas debido a sus numerosas
ventajas [8]. Las enzimas no sólo son capaces de
funcionar en SCFs, sino que también muestran
interesantes propiedades novedosas, como la
especificidad alterada del sustrato, la
antiselectividad, la supresión de reacciones laterales,
la estabilidad aumentada y la "memoria molecular"
[9]. En general, los SCFs difieren de los disolventes
ordinarios al tener capacidades de solubilización
similares a las líquidas, mientras que mantienen altas
difusividades y bajas viscosidades de la fase
gaseosa. Cerca del punto crítico, pequeños cambios
en la temperatura o la presión llevan a cambios
significativos en la solubilidad, el coeficiente de
partición, el momento del dipolo y la constante
dieléctrica. Es relativamente fácil controlar estas
propiedades, ya que pequeños cambios en la presión
o temperatura cerca del punto crítico pueden alterar
la reactividad en procesos bioquímicos, ya que la
resistencia del solvente de un fluido supercrítico
puede variar variando la presión y la temperatura
[2].
Figura 2. Diagrama esquemático p-T de la fase de 𝐶𝑂2. [6]
El cambio en las propiedades del fluido subcrítico al
estado supercrítico es especialmente notable para los
compuestos comunes como agua y dióxido de
carbono. (2) miscibilidad de gases como 𝑂2 y 𝐻2 en
fluidos supercríticos, (3) altas tasas de difusión y
densidad variable, y (4) alto poder de disolución [5,
10]. Como conclusión, Ikushima avanzó el caso de
fluidos supercríticos como un medio adecuado para
procesos químicos y bioquímicos en ciertas
condiciones [10].
Por ejemplo podríamos hablar del carbono
supercrítico (sc𝐶𝑂2), que atrajo una atención
particular en la investigación y la tecnología debido
a sus propiedades "verdes" (es decir, sostenibles).
Sc𝐶𝑂2 es químicamente inerte (por ejemplo, es
"inmune" a la química de radicales libres) y es un
solvente aprótico de baja toxicidad [11]. A
diferencia del agua, sc𝐶𝑂2 es un régimen
supercrítico fácilmente accesible (7,38 MPa, 304 K /
31,1 ° C y 73,8 bar) y, como disolvente, es miscible
tanto con materiales fluorados como orgánicos [11,
12] (Figura 2). Además, el dióxido de carbono está
en el número de oxidación máximo de carbono (+
IV, estado químicamente totalmente oxidado) y por
lo tanto es inerte para una oxidación adicional (es
decir, no inflamable). El dióxido de carbono
supercrítico puede servir así de disolvente para las
transformaciones químicas "difíciles", como la
reacción directa del hidrógeno y el oxígeno para
formar peróxido de hidrógeno [13] o varias
reacciones selectivas de radicales libres [7].
2.1 Condiciones subcríticas
Otra forma de obtener un sistema de una sola
fase para la transesterificación no catalítica pero
con temperaturas y presiones menores que los
valores del alcohol supercrítico, es usando un
cosolvente. Hegel et al, [14] y Cao et al, [15]
analizaron mezclas de aceite de soya, metanol y
propano, mostrando visualmente el
comportamiento de los sistemas que involucran
tres fases (Líquido-Líquido-Vapor), dos fases
(Líquido-Vapor), y una fase (supercrítico)
cuando son calentados o reaccionan. Los puntos
críticos de la mezcla se reducen con un
incremento de las cantidades de propano, siendo
éste un buen solvente para los aceites vegetales,
observaron que existe una sola fase líquida para
varias mezclas a temperaturas menores a 433 K,
concluyendo que no son requeridas
temperaturas supercríticas para tener una sola
fase homogénea de los reactantes.
3.- APLICACIONES
3.1.- Reducción de la Contaminación con Fluidos
Supercríticos:
Los fluidos supercríticos se pueden usar tanto para
los procesos de reducción de la contaminación,
como para procesos favorables al medio ambiente.
[16].
La descontaminación del suelo por extracción de
𝐶𝑂2 tienen propiedades verdes ya que el suelo puede
ser desechado fácilmente después del tratamiento, y
se propusieron unidades transportables para limitar
los costos de transporte del suelo. Sin embargo, hay
que subrayar el hecho de que sólo los contaminantes
orgánicos de baja polaridad pueden ser fácilmente
eliminados y, aunque se hayan dado algunos avances
en el uso de quelantes, no es probable que los
metales pesados sean sometidos a extracción de
fluidos supercríticos en condiciones técnicas y
condiciones económicas. [17].
Las corrientes de agua contaminadas con
compuestos orgánicos pueden ser tratadas con 𝐶𝑂2
para recuperar los contaminantes antes de la
eliminación del agua. En la mayoría de los casos, la
concentración de contaminantes es muy pequeña y la
incineración total de la corriente es extremadamente
costosa, empujando la extracción para concentrar
100 a 10.000 veces la corriente final enviada
posteriormente a la incineración. En Baltimore se
opera una unidad industrial (5 𝑚3/ℎ) para la
eliminación de productos tóxicos del agua con CO2
líquido [17].
En cuanto a la reducción de la contaminación del
aire, fluidos supercríticos pueden ser utilizados para
la regeneración del adsorbente. Sin embargo, aún
quedan pendientes problemas de ingeniería
drásticos, especialmente el diseño de autoclaves de
adsorción y sistemas de cierre, que deben conducir a
una caída de presión muy baja cuando se realiza la
adsorción y a soportar una alta presión durante la
desorción [18].
Por otra parte, el agua supercrítica (o subcrítica)
aparece como un medio único para la destrucción
segura de desechos peligrosos por oxidación total.
Debido a sus propiedades físico-químicas especiales,
el agua supercrítica se ha propuesto por mucho
tiempo como un medio para la oxidación total
(SCWO, supercritical water oxidation) [17, 18]; Sin
embargo, la experiencia demostró que el desarrollo
del proceso es extremadamente difícil debido a la
corrosión (cuando el azufre, el cloro, el fósforo están
presentes en el residuo) y al taponamiento
(deposición de sal). En los casos más difíciles,
incluso el uso de aleaciones muy resistentes no es
suficiente para prevenir la corrosión y la reacción
debe realizarse dentro de un reactor de cerámica,
soportado por una autoclave de metal. Estos
problemas producen altos costos de procesamiento,
en comparación con la incineración clásica; Sin
embargo, el desarrollo industrial está en el camino
para los desechos altamente peligrosos, como los
gases tóxicos de la guerra o los desechos nucleares
orgánicos. [19].
Por otra parte, se debe observar que la destrucción
de contaminantes en aguas subcríticas recibe un gran
interés: incluso si la tasa de oxidación es menor, la
temperatura y la presión son significativamente más
bajas que en los procesos SCWO. [20]
3.2.- Fluidos Supercríticos en la Producción de
Biodiesel
El biodiesel se compone de ésteres de alcoholes de
cadenas cortas hechas de fuente biológica renovable
tales como grasas: de petróleo, de origen animal y
vegetal, puede ser utilizado como un combustible
diésel alternativo. A medida que estos se derivan los
recursos naturales son biodegradables y no tóxicos
[21].
Los triglicéridos (perteneciente a la familia de los
lípidos, se forma por la esterificación de tres grupos
OH) de aceite son buenas alternativas para el
combustible diésel, pero las altas viscosidades, la
composición de ácidos, y ácidos grasos libres de
aceite pueden crear problemas en los motores diésel
por su alta viscosidad [22].
Diferentes formas han sido consideradas para
reducir la alta viscosidad de los aceites vegetales: (a)
dilución, (b) microemulsiones, (c) pirolisis, (d)
craqueo catalítico, y (e) transesterificación [21, 23,
24]
Entre las técnicas ya mencionadas, la conversión
química a través de transesterificación (es el proceso
de intercambiar el grupo alcoxi de un alcohol) del
aceite con alcoholes de cadena corta, tales como
metanol o etanol, en su éster graso correspondiente
parece ser la solución más prometedora del
problema de alta viscosidad. La reacción de
transesterificación se ve afectada por el tipo de
alcohol a utilizar, relación molar entre alcohol y
gliceridos, tipo y cantidad de catalizador y tiempo de
reacción [23, 25, 26].
La reacción en la transesterificación en condiciones
ambientales normales es relativamente lenta, debido
a la naturaleza de dos fases en la mezcla de alcohol-
aceite que tiene contraste en su polaridad. Un
catalizador se utiliza generalmente para superar esta
limitación y así mejorar la velocidad de reacción y
rendimiento del producto. Hay varios tipos de
catalizadores alcalinos (bases) y ácidos, ya sea de
forma homogénea o heterogénea que están siendo
utilizados para mejorar la reacción de
transesterificación. Los catalizadores alcalinos más
preferidos son hidróxido de sodio, hidróxido de
potasio y metóxido de sodio; mientras tanto el ácido
clorhídrico y ácido sulfónico son los catalizadores
ácidos más utilizados comúnmente [23]. Sin
embargo, el uso de catalizadores complica la
reacción de transesterificación principalmente en la
formacion de jabones y la necesidad de separar el
catalizador de la mezcla de los productos finales
[27].
La técnica de los fluidos supercríticos se puede
utilizar para sintetizar biodiesel a través de la
transesterificación de aceites vegetales sin utilizar
ningún catalizador. En comparación con los
procesos catalíticos convencionales, la técnica de
FSC (Fluidos Supercríticos) posee una serie de
ventajas notables, como la separación fácil, rápida
reacción y ser mas amigable al medio ambiente. Esto
es principalmente porque alcoholes y aceite pueden
coexistir en una sola fase en condiciones
supercríticas [24, 28]. El aumento de la solubilidad
de las materias orgánicas y el medio ambiente
homogéneo hace que el proceso de
transesterificación sea favorable, en comparación
con el proceso catalítico [28].
Sin embargo, la reacción requiere de temperaturas
de 525 a 675 K y presiones de 35 a 60 MPa [27, 29],
con rendimientos de conversión entre el 50 y el 95
% en los primero 10 minutos [27].
Como cualquier proceso que involucra fluidos
supercríticos, los principales problemas se presentan
en el manejo de altas presiones (20-60 MPa) que
implican el uso de equipos especiales, altas
temperaturas involucran altos costos de
calentamiento y enfriamiento. Las grandes
relaciones alcohol-aceite (por ejemplo para aceite de
colza y aceite de semilla de algodón, han sido
investigados y se determinó una proporción molar de
42: 1 y 41: 1, respectivamente, era la relación óptima
para la conversión en ésteres [24]) involucran altos
costos de evaporación de alcohol no reaccionado
[27].
Tabla 3: Comparaciones entre el proceso de metanol catalítico (MeOH) y método del metanol supercrítico
(SCM) para el biodiesel a partir de aceites por transesterificación [26].
Proceso de Metanol
Catalítico
Método de Metanol
Supercrítico
Agente de Metilación Metanol Metanol
Catalizador Álcali No
Temperatura de Reacción (K) 303-338 523-573
Presión de Reacción (MPa) 0.1 10-25
Tiempo de Reacción (min.) 60-360 7-15
Rendimiento en Ester de
Metilo (% en peso) 96 98
Remoción de Purificación Metanol, Catalizador,
Glicerol, Jabones Metanol
Ácidos Grasos Libres Productos saponificados Esteres metílicos, agua
3.3.- Extracción de Aceites Esenciales por Fluidos
Supercríticos
Los aceites esenciales son aquellas sustancias
químicas que se obtienen a partir de diversas plantas.
Debido a su consistencia se le llama aceites; pero
estos a diferencia de los aceites comunes, al
derramarse no dejan mancha alguna, debido a que
contienen ciertos principios volátiles [30].
Al usar los fluidos supercríticos, en particular el
CO2, se disminuye el consumo de energía con
respecto a procesos de separación convencionales
como destilación y lixiviación (desplazamiento de
sustancias solubles o dispersables), entre otros. Estos
procesos se deben a que el CO2 no es tóxico, ni deja
residuo en sus productos, así también como a su
capacidad selectiva para extraer ciertas sustancias al
realizar pequeños cambios de presión y temperatura
[31, 32].
El uso del compuesto CO2 es apropiado para la
extracción de aceites esenciales, pigmentos,
carotenoides antioxidantes, antimicrobianos y
sustancias relacionadas, que se utilizan como
ingredientes para alimentos, medicinas y productos
de perfumería y que son obtenidas de especias,
hierbas y otros materiales biológicos [33].
“El pre tratamiento del material natural con CO2
supercrítico (con o sin etanol como co-disolvente)
mejoró la extracción de polifenoles del orujo de uva.
Este método proporciona una alternativa al pre
tratamiento de los materiales vegetales,
reemplazando disolventes orgánicos tóxicos (por
ejemplo, el hexano)” [34].
En la Figura 3 muestra el proceso de extracción con
CO2. El gas es enfriado y después presurizado con
una bomba La presión y temperatura de extracción
son controladas por un regulador de contrapresión y
un calentador. A la salida del recipiente de
extracción el gas es expandido en una válvula antes
de entrar al primer colector, que se encuentra casi a
temperatura ambiente. La corriente de salida es
llevada a una temperatura de 40°C a 45°C y
expandida a presión atmosférica en otra válvula,
después pasa a dos colectores fríos en paralelo. La
velocidad de flujo en la última parte del proceso es
monitoreada con un rotámetro y un flujómetro de
gas, antes de descargar el CO2. El extracto obtenido
del primer colector es mezclado con el del segundo
para un volumen dado de disolvente y retenido para
analizar los aceites esenciales y ceras cuticulares
contenidas [35].
Algunas de las ventajas de usar el CO2 para
extracción pueden ser [36]:
Al aplicar extractos de especias a los productos, la
textura de dicho producto no se ve afectada.
La extracción no es nociva para el medio ambiente.
La extracción a bajas temperaturas ayudan a
prevenir la degradación de componentes biológicos.
Figura 3. Esquema de un aparato de extracción con CO2: H1: intercambiador para enfriamiento, P:
comba, BPR: regulador de contrapresión, H2: intercambiador para suministrar calor, E: recipiente
de extracción, WS: bureta con disolvente, C1: primer colector, C2: colector en paralelo, V (0, 1, 2,
3): válvulas [35].
3.4.- Almacenamiento de Energía en Fluidos
Supercríticos
Se ha encontrado que el dióxido de carbono (CO2)
cuando se mantiene en unas condiciones de
temperatura y presión por encima de su punto crítico
(73bar y 32ºC) se comporta de una forma peculiar.
Este nuevo estado, es conocido como fluido
supercrítico (sCO2) y puede utilizarse para mover un
ciclo Brayton modificado. [37].
Nuevos ciclos termoquímicos podrían permitir para
la conversión altamente eficiente, rentable de calor
solar en combustibles mediante la producción de
reacciones endotérmicas, tales como división de
agua, la reducción de dióxido de carbono, o la
conversión termoquímica de materiales de
alimentación, tal como metano a alta densidad de
energía de combustibles de hidrocarburos líquidos
que se necesitan en el sector del transporte [38].
Los ciclos de potencia que utilizan sCO2 como
fluido de trabajo toman las configuraciones
primarias relevantes para la generación de energía:
un ciclo de Brayton cerrado indirectamente
calentado que es aplicable a combustión avanzada de
combustibles fósiles, así como a aplicaciones
nucleares y solares [39].
3.5.- Reactores Supercríticos Refrigerados por
Agua
El reactor supercrítico refrigerado por agua (SCWR)
es el reactor que usa agua a presión supercrítica
como refrigerante [40]. Se considera como uno de
los prometedores Reactores de Generación IV,
debido a sus ventajas de simplificación de plantas y
alta eficiencia térmica (aproximadamente 45%
contra los aproximadamente 33% de eficiencia para
los actuales LWR). La principal misión del SCWR
es la generación de electricidad a bajo costo. Está
basado en dos tecnologías probadas, los LWR, que
son los reactores de generación de energía más
comúnmente desplegados en el mundo, y las
calderas alimentadas por combustible fósil, un gran
número de las cuales también usadas alrededor del
mundo. [41, 42] Hay 438 reactores nucleares en
operación y 63 en construcción en el mundo. [43]
Se han propuesto varios conceptos de diseño de
SCWRs :
A. Reactor supercrítico de neutrones térmicos
refrigerados por agua.
B. Reactor supercrítico de neutrones rápidos
refrigerado por agua.
C. Reactor supercrítico de espectro de neutrones
mixtos refrigerado por agua.
D. Reactor supercrítico de lecho de guijarros
refrigerado por agua.
E. Reactor supercrítico de refrigeración por agua
pesada.
Recientemente, el uso del torio en SCWRs ha sido
investigado [44, 45]. Las ventajas de los SCWR se
muestran a continuación [40]:
El agua supercrítica tiene excelentes propiedades
de transferencia de calor, una alta densidad de
potencia.
El uso de un ciclo supercrítico de Rankine con
sus temperaturas más altas mejoran la eficiencia
(~45%).
Esta mayor eficiencia conduciría a una mejor
economía de combustible y una carga de
combustible más ligera, disminuyendo el residuo
(decaimiento) de calor.
El SCWR es típicamente diseñado como un ciclo,
por lo que el vapor o agua supercrítica caliente
del núcleo se utiliza directamente en una turbina
de vapor, que hace el diseño simple.
El agua es líquida a temperatura ambiente, barata,
no tóxica y transparente, simplificando la
inspección y reparación (en comparación con los
reactores refrigerados con metal líquido).
Un SCWR de agua pesada podría producir
combustible a partir del torio (4 veces más
abundante que el uranio), con un aumento
resistencia a la proliferación de los reproductores
de plutonio.
Algunos de los desafíos en los SCWR son los temas
de trabajo de investigación que necesitamos
examinar, entre los que encontramos. [46, 47]:
Mayor presión combinada con una alta
temperatura y también un mayor aumento de la
temperatura a través del núcleo resultan en un
incremento de tensiones mecánicas y térmicas en
los materiales de los recipientes que son difíciles
de resolver.
El refrigerante reduce considerablemente su
densidad a la salida del núcleo, lo que resulta en
la necesidad de colocar un moderador adicional.
Es necesario un amplio desarrollo de materiales e
investigación sobre química del agua supercrítica
bajo radiación.
Se necesitan procedimientos especiales de puesta
en marcha para evitar la inestabilidad antes de
que el agua alcance condiciones supercríticas.
Un SCWR de neutrones rápidos requiere un
diseño del núcleo del reactor para lograr un vacío
negativo coeficiente.
CONCLUSIONES
Solo con alterar un poco la temperatura o
presión en una zona crítica se observan
cambios notables en los fluidos, llegando a
ser muy beneficiosos en procesos
bioquímicos como disolventes.
Para obtener un fluido supercrítico se
necesita cierta cantidad de presión y
temperatura, pero al ubicarlo en condiciones
subcriticas se puede alcanzar las
propiedades supercríticas a menor
temperatura.
La condición subcritica de un fluido
supercrítico es cuando se añade un
cosolvente para obtener mejores
propiedades, además poder obtener el fluido
a menor temperatura.
El dióxido de carbono supercrítico nos
ayuda de manera eficiente en la recolección
de energía por diferentes medios como
nuevos ciclos energéticos, aplicables para la
generación de energía eléctrica (utilizando
ciclos Brayton o combinados).
En la producción de Biodiesel por
transesterificacion de aceites (triglicéridos,
digliceridos, monogliceridos) con procesos
catalíticos (mediante ácidos o bases) son
reemplazables con un alcohol supercrítico,
disminuyendo la contaminación al final del
proceso, evitando catalizadores,
saponificación y sobretodo aumenta la
eficiencia del proceso.
REFERENCIAS:
[1] N. B. y. D. Schulze-Makuch, «Supercritical
Carbon Dioxide and Its Potential as a Life-
Sustaining Solvent in a Planetary
Environment,» Life Sci, vol. 4, nº 3, pp. 331-
340, 2014.
[2] Y. Ikushima, «Supercritical fluids: an
interesting medium for chemical and
biochemical processes,» Advances in Colloid
and Interface Science, vol. 71, nº 1, pp. 259-
280, 1997.
[3] Y. Fukushima, «Application of Supercritical
Fluids,» Review of Toyota CRDL, vol. 35, nº 1,
pp. 1-9, 1999.
[4] Á. M. V. Valderrama, «La tecnología de fluidos
supercríticos, un proceso limpio para el sector
industrial,» Producción Más Limpia, vol. 3, nº
2, pp. 99-104, 2008.
[5] S. S. a. N. R. C. Board, The Limits of Organic
Life in Planetary Systems, Washington, DC:
The National Academies Press, 2007.
[6] C. Eckert, «Supercritical fluids as solvents for
chemical and materials processing,» Nature,
vol. 383, nº 6598, pp. 313-318, 1996.
[7] P. Cormier, R. Clarke, R. McFadden y K.
Ghandi, «Selective free radical reactions using
supercritical carbon dioxide,» J. Am. Chem.
Soc., vol. 136, nº 6, pp. 2200-2203, 2014.
[8] T. Matsuda, «Recent progress in biocatalysis
using supercritical carbon dioxide,» Journal of
bioscience and bioengineering, vol. 115, nº 3,
pp. 233-241, 2013.
[9] A. Klibanov, «Enzyme memory—What is
remembered and why?,» Nature, vol. 374, p.
596, 1995.
[10] D. Schulze-Makuch y L. Irwin, Life in the
Universe: Expectations and Constraints, Berlin:
Springer-Verlag, 2008.
[11] S. Mayadevi, «Reactions in supercritical
carbon dioxide,» Indian J. Chem., vol. 51, p.
1298–1305., 2012.
[12] N. Budisa, V. Kubyshkin y D. Schulze-Makuch,
«Fluorine-rich planetary environments as
possible Habitats for life,» Life, vol. 4, nº 3, pp.
374-385., 2014.
[13] S. Karmee, C. Roosen, C. Kohlmann, S. Lütz, L.
Greiner y Leitner, «Chemo-enzymatic cascade
oxidation in supercritical carbon
dioxide/water biphasic media,» Green
Chemistry, vol. 11, nº 7, pp. 1052-1055., 2009.
[14] G. M. S. P. E. A. B. P. Hegel, «"Phase
transitions in a biodiesel reactor,» Ind. Eng.
Chem. Res, vol. 46, pp. 6360-6365, 2007.
[15] H. H. J. Z. W. Cao, «"Preparation of biodiesel
from soybean oil using supercritical,» Fuel,
vol. 84 , pp. 347-351, 2005.
[16] M. P. PERRUT, 4th meeting "Supercritical
Fluids and Environment", NPL: Vandoeuvre lès
Nancy, 1997.
[17] W. MAJEWSKI y M. PERRUT, Proceedings of
the 7th Meeting on Supercritical, Antibes:
PERRUT M. & REVERCHON E., 2000.
[18] V. PERRUT, M. PERRUT, H. VANDENBURG y K.
BARTLE, Proceedings of the 7th Meeting on
Supercritical Fluids, Antibes: PERRUT M. &
REVERCHON E., 2000.
[19] C. ECKERT y K. CHANDLER, Proceed. 4th Int.
Symp. on Supercritical Fluids, Sendai: SAITO,
S.; ARAI, K., 1997.
[20] J. KENDALL y J. DE SIMONE, Proceed. 4th Int.
Symp. on Supercritical Fluids, Sendai: SAITO, S.
; ARAI, K., 1997.
[21] M. N. V. a. G. Madras, «Synthesis of Biodiesel
from Castor Oil and Linseed Oil in Supercritical
Fluids,» American Chemical Society, vol. 46,
pp. 1-6, 2007.
[22] D. V. S. S. N. L.C. Meher, «Technical aspects of
biodiesel production by transesterification-a
review,» Renewable and Sustainable Energy
Reviews, vol. 10, pp. 248-268, 2006.
[23] K. T. L. S. B. Meei Mei Gui, «Supercritical
ethanol technology for the production of
biodiesel: Process optimization studies,» The
Journal of Supercritical Fluids, vol. 49, p. 286–
292, 2009.
[24] C. K. R. K. Giridhar Madras, «Synthesis of
biodiesel in supercritical fluids,» Fuel, vol. 83,
p. 2029–2033, 2004.
[25] A. K. A. H. N. Hidekl Fukuda, «Biodiesel Fuel
Production by Transesterification of Oils,»
JOURNAL OF BIOSCIENCE AND
BIOENGINEERING, vol. 92, nº 5, pp. 405-416,
2001.
[26] A. Demirbas, «Biodiesel production from
vegetable oils via catalytic and non-catalytic
supercritical methanol transesterification
methods,» Progress in Energy and Combustion
Science, vol. 31, p. 466–487, 2005.
[27] C. E. O. A. Carlos Ariel Cardona Alzate,
Avances Investigativos en la Produccion de
Biocombustibles, Caldas-Colombia: Cardona C.
A. y Orrego C.E., 2009.
[28] H. J. K. Z. Dongsheng Wen, «Supercritical
fluids technology for clean biofuel
production,» Progress in Natural Science, vol.
19 , p. 273–284, 2009.
[29] A. Demirbas, «Biodiesel fuels from vegetable
oils via catalytic and non-catalytic supercritical
alcohol transesterifications and other
methods: a survey,» Energy Conversion and
Management , vol. 44, p. 2093–2109, 2003.
[30] G. V. A. Andrea, Obtención de aceites
esenciales y extractos etanolicos de plantas
del Amazonas, Manizales-Colombia, 2004.
[31] K. D. R. P. C. y. N. R. F. Tilly, «Supercritical fluid
extraction of the triglycerides present in
vegetable oils,» Separ. Sci. Technol, vol. 25, nº
4, pp. 357-367, 1990.
[32] G. F. Ignacio, Obtención de aceite de orujo
mediante extracción con fluidos supercríticos,
Ciudad Real, 2001.
[33] J. A. del Valle, «High pressure CO2 extraction:
fundamentalas and applications in the food
industry,» Food Science and Technology
International, vol. 5, pp. 1-24, 1999.
[34] T. S. M. a. K. Z. Vatai, «Extraction of phenolic
compounds from elder berry and different
grape marc varieties using organic solvents
and/or supercritical carbon dioxide,» Journal
of Food Engineering, vol. 90, pp. 246- 254,
2009.
[35] S. R. y. K. M. B. Gaspar F., «Extraction of
Essential Oils and Cuticular Waxes with
Compressed CO2: Effect of Matrix
Pretreatment,» Industrial and Engineering
Chemical Research, vol. 39, pp. 4603-4608,
2000.
[36] C. I. G. A. C. G. A. P. &. D. Ş. Dima,
«Supercritical CO 2 Extraction and
Characterization of C oriandrum Sativum L.
Essential Oil,» Journal of Food Process
Engineering, vol. 2, nº 39, pp. 204-211, 2016.
[37] P. Ruiz Sala, Aplicación del dióxido de carbono
supercrítico al procesado de alimentos : nata,
subproductos del refinado de aceites vegetales
y zumo de naranja, Madrid, 2002.
[38] N. S. LEWIS, «Research opportunities to
advance solar energy utilization,» Science, vol.
351, nº 6271, p. 1920, 2016.
[39] K. F. P. Y. D. R. BRUN, Fundamentals and
applications of supercritical carbon dioxide
(sCO2) based power cycles, Duxford, United
Kingdom: Woodhead Publishing an imprint of
Elsevier, 2017.
[40] S. K. Y. I. a. A. Y. Y. Oka, Super Light Water
Reactors and Super Fast Reactors, New York:
Springer, 2010.
[41] S. L. a. J. Cai, «Convergence analysis of
neutronic/thermohydraulic coupling behavior
of SCWR,» Nuclear Engineering and Design,
vol. 265, pp. 53-62, 2013.
[42] S. L. a. J. Cai, «Neutronic and thermohydraulic
characteristics of a new breeding thorium-
uranium mixed SCWR fuel assembly,» Annals
of Nuclear Energy, vol. 62, nº 1, pp. 429-436,
2013.
[43] R. Silva, «El Pais,» 22 Febrero 2014. [En línea].
Available:
http://elpais.com/elpais/2013/10/21/media/1
382381324_769308.html.
[44] S. L. a. J. Cai, «Neutronics assessment of
thorium-based fuel assembly in SCWR,»
Nuclear Engineering and Design, vol. 260, p.
1–10, 2013.
[45] S. L. a. J. Cai, «Design & optimization of two
breeding thorium-uranium mixed SCWR fuel
assemblies,» Progress of Nuclear Energy, vol.
70, p. 6–19, 2014.
[46] G. H. S. W. T. J. W. a. S. Q. X. Yang, «Numerical
study on flow and heat transfer characteristics
in the rod bundle channels under super critical
pressure condition,» Annals of Nuclear
Energy, vol. 37, nº 12, p. 1723–1734, 2010.
[47] C. R. G. R. P. D. a. O. A. Ph. Marsault, «Pre-
design studies of SCWR in fast neutron
spectrum: evaluation of operating conditions
and analysis of the behaviour in accidental
situations,» de American Nuclear Society, 555
North Kensington Avenue, La Grange Park, IL
60526 UNITED STATES, 2004.