Medida no invasiva del campo térmico en el interior de un reactor químico heterogéneo

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El diseño de los reactores químicos heterogéneos en los que conviven fases sólidas y gaseosas es muy complicado por el acoplo entre la transferencia de calor y masa, y la cinética de la reacción química (normalmente catalizada). Las simulaciones por ordenador son muy complicadas, pero la observación experimental (medir la temperatura del gas sin perturbar el fluido) es muy difícil. Se publica en Nature una nueva técnica de termometría por resonancia magnética nuclear (RMN) que permite medir el campo de temperatura de forma no invasiva. El mapa térmico logrado tiene errores menores del cuatro por ciento, lo que permite localizar puntos calientes y fríos en el interior de los reactores gas-sólido catalizados. Para los que hemos trabajado en la simulación numérica de estos reactores, poder comparar los resultados con medidas reales no invasivas es una oportunidad única para validar nuestro trabajo. El artículo técnico es Nanette N. Jarenwattananon et al., “Thermal maps of gases in heterogeneous reactions,” Nature 502: 537–540, 24 Oct 2013.

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Cuántos grados calienta tu lata de cerveza la condensación de humedad en su superficie

En un día de verano, caluroso y húmedo, habrás observado que el líquido de tu lata de cerveza (o de refresco) se calienta al mismo tiempo que se cubre de una capa de humedad por condensación. Estimando el espesor de la capa de agua condensada en la superficie de la lata se puede estimar el incremento de temperatura del líquido. ¿Cuántos grados centígrados son debidos al calor latente de condensación? El cálculo (sin pérdidas) es sencillo. El área superficial de la lata es de unos 300 cm², por lo que la capa de condensación delgada, pongamos que con un espesor medio de unos 0,1 mm, contiene unos 3 gramos de agua. El calor latente de condensación del agua cerca de 0 ºC es de 600 cal/g, por lo que si todo el calor latente se transfiere a los 33 cl de líquido (supuesto que todo es agua), la temperatura sube en 3 * 600 / 333 ≈ 5,4 ºC. Por supuesto, este cálculo desprecia otros efectos y sobreestima el efecto de la condensación al no considerar ningún tipo de pérdidas. Un cálculo teórico detallado es más complicado. Lo más fácil es realizar el experimento en laboratorio bajo condiciones controladas. Y más fácil aún es que otros lo hagan por tí, como Dale R. Durran, Dargan M. W. Frierson, “Condensation, atmospheric motion, and cold beer,” Physics Today 66: 74-75, April 2013 [copia gratis]. Los detalles del experimento (realizado por estudiantes de grado) en Dale R. Durran, Dargan M. W. Frierson, “An experiment uses cold beverages to demonstrate the warming power of latent heat,” Physics Today, Supp. Info., March 28, 2013.

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Francis en Naukas (con adenda): Qué significa que un gas cuántico tiene una temperatura negativa

Dibujo20130109 positive vs negative temperature

Te recomiendo leer mi nuevo artículo en Naukas, “Qué significa que un gas cuántico tiene una temperatura negativa,” 04 enero 2013. “La temperatura absoluta de un gas ideal clásico mide la distribución de velocidades de las moléculas de dicho gas en un estado de equilibrio termodinámico. Para un gas clásico, una temperatura nula significa que todas las moléculas están en reposo. Por tanto, no tiene sentido físico una temperatura absoluta negativa aplicada a un gas clásico. (…) En mecánica estadística la temperatura tiene una interpretación probabilística. Gracias a la distribución de Boltzmann, la temperatura “mide” la probabilidad de que cada molécula de un gas ideal ocupe un estado con cierta energía. (…) Un sistema con temperatura absoluta negativa sería un sistema en equilibrio “invertido” en el que la probabilidad de ocupación de los estados crece de forma exponencial con la energía, es decir, los estados de menor energía están menos ocupados que los de mayor energía. Si la energía no tiene cota superior (energía máxima), es imposible que un sistema de este tipo esté en equilibrio. (…) Nada impide que se pueda lograr un sistema con temperatura absoluta negativa.  Para ello son necesarios dos requisitos.” Seguir leyendo en Naukas.com.

Ayer noche iba a escribir esta noticia para este blog, pero un poco más técnica que la que aparece en Naukas.com.

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Las avispas japonesas gigantes son asfixiadas en cámaras de gas por enjambres de abejas melíferas

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Las abejas melíferas japonesas matan a las avispas gigantes japonesas gaseándolas con CO2 en una sauna a 46 ºC formada por un enjambre a su alrededor. La avispa gigante japonesa (Vespa mandarinia japonica) es un feroz depredador de las abejas melíferas japonesas (Apis cerana japonica). Se pensaba que la avispa moría por el calentamiento, sin embargo, se ha demostrado que las avispas sobreviven a dichas temperaturas sin problemas. Un nuevo estudio ha mostrado que en el interior de la “sauna” el nivel de CO2 crece un 3.7%. Sorprendentemente, las avispas mueren a 46 ºC en dicha atmósfera asfixiante. El artículo técnico es de los investigadores Michio Sugahara y Fumio Sakamoto, de la Kyoto Gakuen University, Japón, titulado “Heat and carbon dioxide generated by honeybees jointly act to kill hornets,” Naturwissenschaften, In Press, 24 junio 2009. Nos lo han comentado en el número de hoy de Nature “Animal behaviour: Smothered by a swarm,” Research Highlights Nature 460: 308, 16 July 2009.

Los investigadores japoneses han medido la temperatura en el interior de las “bolas de abejas” que crece con el tiempo hasta alcanzar unos 46 ºC. Las avispas en condiciones normales sobreviven sin problemas a dicha temperatura. Sin embargo, en el interior de las “bolas de abejas” la concentración de CO2 crece en los primeros 5 minutos hasta alcanzar un incremento del 3.6 ± 0.2%, similar a la que se produce en la expiración de los humanos (incrementos del 3.7 ± 0.44%). Esta concentración es letal para las avispas si viene acompañada de una temperatura entre 45–46°C. Esta concentración de CO2 es peligrosa para las abejas si la temperatura alcanzara entre 50–51°C. Las abejas logran matar a su feroz depredador gracias a una combinación de temperatura y gas.

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