concepción , 14 de Marzo de 2007.

Srs (as). FONDECYT Director FondeCYt Bernarda Morífl 551 Providencia SANTIAGO

Estimado Sr. Director-,

Adjunto el 'informe final del proyecto Regular 1050410", del que soy

Investigador Responsable.

Se adjuntan los documentos generados por el proyecto durante el segundo año

de ejecución

Sin otro particular, saluda atentamente a Ud.

Drudio A. F aúndez Asaya r iestigad0r Responsable

Proyecto FONDECYT 1050410

<* INFORME FINAL (iOU1LRrO OL CIIILF

CONICVT

1-11UNDEL Y] PROYECTO FONDECYT REGULAR

Segundo año AÑO DEEJCCUCIÓN

RUT

41-2207398 FONO

DIRECCION

LEmi -

PERÍODO QUE INFORMA -- 01 _] 04 /2005 15 / 03 / 2007

...............................i._.....--- .... ----- .............DESDE HASTA

CONTENIDO (MARQUE CON UNA X EL CASILLERO QUE CORRESPONDA)

INCLUYE 1 NO INCLUYE

X Formulario de Informe Final

X Publicaciones

X Resumen de Tesis Título/Grado

X

Información acerca de inventos y patentes II X

Otros (especificar) X

Informe Incentivo Coop. Internacional (Si corresponde)

Firma CoinvestigadOr Firma Investigador Responsable

gr séVaIderramaM. aúndA

Fecha: 12/Marzo/2007

1050410 2 años

Claudio Alonso Faúndez Araya

INVESTGADOR(A) RESPONSABLE - - 1 Universidad de Concepción. Dpto. de Física. Avenida Esteban Iturra sin.

Barrio Universitario. CONCEPCION

CONTENIDO DEL INFORME FINAL

I. CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS PLANTEADOS EN EL PROYECTO. Marque con una X el casillero correspondiente.

Cumplimiento Fundamentar el cumplimiento Objetivos parcial o incumplimiento

Total Parcial No

1 Analizar métodos actuales de predicción de propiedades como los x métodos generalizados y los métodos de contribución de grupos.

2 Determinar la influencia de diversas x propiedades fisicoquímicas moleculares (factor acéntrico, estructura, momento dipolar, radio de giro, punto triple, entre otras), sobre la presión de sublimación.

3 Analizar datos de presión de x sublimación que han sido publicados en la literatura y proponer modelos y valores para la presión de sublimación para sustancias de interés actual, en especial en el aréa de productos naturales.

4 Contribuir al conocimiento en el x área de propiedades de sólidos y modelado del equilibrio entre fases en sistemas conteniendo sustancias sólidas disueltas en un fluido su percriti co.

Otro(s) aspecto(s) que Ud. considere importante(s) en la evaluación del cumplimiento de los objetivos planteados en la propuesta original o en las modificaciones autorizadas por los Consejos.

Además de los congresos donde se han presentado trabajos, algunos aspectos relevantes del proyecto han sido incluidos por el co-investigador en Conferencias y Cursos invitados:

Univ. Nacional de San Cristóbal de Huamanga (Ayacucho, Perú) Julio 2005

Universidad de Pau (Francia) Enero 2006

Universidad Nacional del Altiplano, (Puno, Perú) octubre 2006

Swinburne University of Technology (melbourne, Australia) Septiembre 2006

II. RESULTADOS OBTENIDOS

Describa brevemente los resultados obtenidos en el proyecto en un máximo de cinco páginas, tamaño

carta, espacio seguido. Para cada uno de los objetivos específicos, describa o resuma los resultados. Relacione las publicaciones y/o manuscritos enviados a publicación con los objetivos específicos. Incluya en anexos, la información de apoyo que estime pertinente y necesaria para la evaluación.

* ------------

El objetivo general de este proyecto fue el desarrollo de modelos para predecir la presión de sublimación de sustancias sólidas para su aplicación al estudio y análisis del equilibrio entre fases en mezclas que contienen un fluido supercrítico. Los objetivos específicos son:

Objetivo 1: "Analizar métodos actuales de predicción de propiedades como los métodos generalizados y los métodos de contribución de grupos"., Objetivo 2: "Determinar la influencia de diversas propiedades fisicoquímicas moleculares (factor acéntrico, estructura, momento dipolar, radio de giro, punto triple, entre otras), sobre la presión de sublimación"., Objetivo 3: "Analizar datos de presión de sublimación que han sido publicados en la literatura y proponer modelos y valores para la presión de sublimación para sustancias de interés actual, en especial en el aréa de productos naturales" y Objetivo 4: Contribuir al conocimiento en el área de propiedades de sólidos y modelado del equilibrio entre fases en sistemas conteniendo sustancias sólidas disueltas en un fluido supercrítico. En lo que sigue se hace un resumen de los trabajos generados en torno a cada

objetivo planteado.

Objetivo 1: "Analizar métodos actuales de predicción de propiedades como los métodos generalizados y los métodos de contribución de grupos".

En el primer año del proyecto se realizó un catastro de información sobre presiones de sublimación de sólidos de las sustancias de interés y se implementaron programas computacionales. También se estudiaron y analizaron métodos de estimación de propiedades como correlaciones generalizadas y métodos de contribución de grupos.

Hemos estimado la presión de sublimación de sólidos puros utilizando modelos termodinámicos y dos diferentes técnicas numéricas: Redes Neuronales Artificiales y Algoritmos Genéticos.

Redes Neurona/es artificiales (RNA)

En éste método, datos experimentales obtenidos de la literatura han sido utilizados para entrenar una red neurona¡ artificial desarrollada con la aplicación de un programa computacional (MATLAB). Una vez que la red ha sido entrenada se utiliza para predecir la presión de sublimación de otras sustancias. Las sustancias elegidas para estudiar el potencial de correlación y predicción de la presión de sublimación por RNA fueron un grupo de 13 sólidos (en su mayoría tipo ácidos). Se generaron 22 datos para cada uno de los compuestos. Para entrenar la RNA utilizada en este estudio, se utilizaron como variables de entrada: el peso molecular, la temperatura crítica, la presión crítica, volumen crítico, momento dipolar, parámetro polar y factor acéntrico y las presiones de sublimación (en el entrenamiento). Numerosas arquitecturas de RNA fueron probadas hasta encontrar la que da las menores desviaciones entre datos originales y valores calculados. Los resultados muestran que una RNA puede ser exactamente entrenada y la arquitectura escogida puede estimar la presión de sublimación con aceptable exactitud (desviaciones absolutas promedios inferiores al 10%).

Los resultados de este trabajo dieron origen a la presentación en un congreso internacional.

"Estimation of Sublimation Pressure of pure solids using Genetic Algorithms and Neural Networks". 2nd International Symposium on Calorimetry, and Chemical ThermodynamicS. Sao Paulo, Brasil,

Abril 2006.

Algoritmos Genéticos (AG)

La presión de sublimación de un sólido es usualmente pequeña para muchos sólidos de interés industrial y las técnicas experimentales disponibles no pueden en muchos casos ser utilizadas para obtener valores exactos. Por lo tanto, hemos propuesto evaluar la presión de sublimación de un sólido usando datos de solubilidad del sólido en un gas a alta presión. Para esto la ecuación de estado de Peng y Robinson (1976) fue incorporada en la ecuación de solubilidad con las reglas de Wong y Sandler (1992). El modelo de van Laar fue usado para representar la energía libre de Gibbs de exceso que aparece en la regla de mezcla. La presión de sublimación se considera como un parámetro a determinarse por análisis de regresión a partir de datos experimentales de solubilidad. Este problema de optimización, en el cual la diferencia entre valores correlacionados y datos experimentales de solubilidad debe ser mínimo, se resuelve utilizando un método basado en

algoritmos genéticos.

Hemos realizado un estudio sobre el efecto de algunos parámetros numéricos (número de individuos, probabilidad de mutación, etc) en la determinación de la presión de sublimación de un sólido, utilizando datos de solubilidad del sólido en un gas a alta presión. Se utiliza algoritmos genéticos como método de optimización. El sistema considerado en el estudio es CO2+naftaleno a diferentes temperaturas. Se analizan los resultados obtenidos haciendo variar el valor de estos parámetros y usando como función objetivo la desviación en la solubilidad. El estudio permite concluir sobre el efecto de estos parámetros y recomienda los mejores valores para este tipo de sistemas. Los resultados de este trabajo han sido publicados.

"Parámetros Numéricos en el Método de los Algoritmos Genéticos para el Cálculo de la Presión de Sublimación". Información Tecnológica, 17(6) 119-124 (2006).

Objetivo 2: "Determinar la influencia de diversas propiedades fisicoquímicas moleculares (factor acéntrico, estructura, momento dipolar, radio de giro, punto triple, entre otras), sobre la presión de sublimación".,

Hemos analizado el efecto del solvente sobre el cálculo de la Presión de Sublimación. Se consideran tres sistemas binarios sólido-gas conteniendo antraceno, naftaleno y fenantreno como solutos y dióxido de carbono, etano, etileno, fluoroformo y clorotrifluorometane, como solventes.

Evaluamos la presión de sublimación de un sólido usando datos de solubilidad del sólido en un gas a alta presión. Utilizamos, tal como explicamos en los resultados del Objetivo 1, la ecuación de estado de Peng y Robinson con las reglas de Wong y Sandler y el modelo de van Laar para representar la energía libre de Gibbs de exceso. El modelo contiene tres parámetros (las

constantes de van Laar, A l2 y A21 y el parámetro de interacción k 12 incluido en la regla de mezcla).

El problema de optimización es resuelto utilizando un método basado en algoritmos genéticos.

Los resultados indican que la presión de sublimación es independiente del solvente, como debe ser, y por lo tanto muestran que el método utilizado es el adecuado.

Los resultados de este estudio han dado origen a la presentación del trabajo en un congreso internacional y a la preparación de un trabajo que se encuentra en proceso de evaluación en una

revista ISI.

"Sublimation Pressure from Solubility Data of Solids in Supercritical Solvents." AIChE's 2007 Spring National Meeting. A celebrarse en Houston, EE.UU. en Abril de 2007.

"Solvent Effects in the Calculation of Sublimation Pressure Using High Pressure Solubility Data". Thermochimica Acta.

En otro trabajo desarrollamos un método para determinar la presión de sublimación de sólidos utilizando una red neurona¡ artificial programada en Matlab. Para distinguir entre las muy diversas carcterísticas físicas y químicas de las sustancias consideradas en este trabajo de manera que la red pueda discriminar y aprender en forma óptima se consideraron las siguientes propiedades: masa molecular, factor acéntrico, momento dipolar, temperatura del punto triple, presión del punto triple y el valor límite de la presión de sublimación cuando la temperatura tiende a cero. Se utilizaron datos de 60 sustancias (600 datos en total) para entrenar la red y luego se estimaron valores de la presión de sublimación de otros 10 sólidos no utilizados en el entrenamiento.

El método presenta una buena alternativa para la estimación de la presión de sublimación

conocidas otras propiedades.

Los resultados de este trabajo han sido aceptados para presentación en un Congreso

Internacional.

"Predicción de la Presión de Sublimación usando una Red Neurona¡ Programada en Matlab". Congreso de Computación Aplicada CAIP2007. A celebrarse en Asunción, Paraguay en Julio

2007.

Objetivo 3: "Analizar datos de presión de sublimación que han sido publicados en la literatura y proponer modelos y valores para la presión de sublimación para sustancias de interés actual, en especial en el aréa de productos naturales.

Se propuso un método para la estimación de la presión de sublimación de sólidos de interés industrial utilizando un proceso híbrido de contribución de grupos y redes neuronales artificiales.

La propuesta de este trabajo consistió en entrenar una red neuronal artificial con datos de la presión de sublimación en función de la temperatura incluyendo como variable de aprendizaje una serie de propiedades seleccionadas para discriminar entre los diversos tipos de sustancias cuya estructura física y química es muy diferente.

En la red neuronal desarrollada en este trabajo, la presión de sublimación a varias temperaturas es utilizada para el entrenamiento de la red. Las siguientes propiedades fueron consideradas en este estudio: masa molecular, factor acéntrico, momento dipolar, temperatura del punto triple, presión del punto triple y el valor límite de la presión de sublimación cuando la temperatura tiende a cero. Los datos de entrada de la red neuronal artificial fueron estas propiedades, además de un valor asociado a cada grupo estructural que forma la molécula. Los grupos considerados en este estudio son aquellos definidos en el tradicional método de contribución de grupos de Lydersen

(1955).

En este estudio, 480 datos correspondientes a 48 sustancias (con grandes diferencias de estructura molecular y de propiedades físicas y químicas) obtenidas de la literatura fueron utilizadas para el entrenamiento de una red neurona¡ desarrollada usando Matlab. Luego, la presión de sublimación de otros 5 sólidos fueron estimados y sus resultados comparados con datos experimentales provenientes de la literatura.

Numerosas arquitecturas fueron probadas hasta encontrar la más exacta. Los resultados obtenidos muestran que la Red neurona¡ puede ser exactamente bien entrenada y que una adecuada arquitectura puede estimar la presión de sublimación con bajas desviaciones entre los valores experimentales y los calculados.

El método propuesto y que hasta este trabajo no había sido explorado, representa una excelente alternativa para la estimación de la presión de sublimación a partir del conocimiento de algunas propiedades disponibles y de la estructura de la molécula y es aplicable al estudio de sustancias cuyas propiedades físicas y químicas son muy diversas.

Los resultados de este trabajo han sido recientemente enviados para publicación a la revista Canadian Journal of Chemical Engineering.

"Correlation and Prediction of Sublimation Pressure using a Combined Neural Networks+GrouP

Contribution Method".

Objetivo 4: Contribuir al conocimiento en el área de propiedades de sólidos y modelado del equilibrio entre fases en sistemas conteniendo sustancias sólidas disueltas en un fluido

supercrítico.

Se ha contribuido con presentaciones a congresos, charlas y publicaciones. Se espera seguir contribuyendo con la difusión de los resultados provenientes de los trabajos realizados en este

proyecto.

III. PRODUCTOS GENERADOS POR EL PROYECTO

En esta sección debe incluir todo documento o material cuyo contenido corresponda substancialmente a los objetivos del proyecto que se informa y en los que se indique el N° del proyecto FONDECYT. Aténgase a los formatos que se incluyen para cada tipo de producto generado. Adjunte copia de los documentos no

enviados previamente a FONDECYT. Utilice las hojas adicionales que sean necesarias.

[Si Ud. tiene un proyecto de Incentivo a la Cooperación Internacional, destaque con (*) las publicaciones generadas como producto del mismo a continuación de las que corresponden al Regular

1. Artículos en revistas científicas nacionales o extranjeras con Comité Editorial. Marque con una "X" lo que corresponda. Para trabajos En Prensa/ Aceptados! Enviados adjunte copia

de carta de aceptación o de envío.

[Áior(a)(es/as) Claudio A. Faúridez, Joaquín F. Diáz de Valdés, José O. Valderrama.

Título (Idioma Original) Solvent Effects in the Calculation of Sublimation Pressure Using High Pressur Solubility Data.

élá 1 Thermochimica Acta Revista. Ref. bibliográfica Estado de la publicación a O Publicada la fecha.* ¡En Prensa Otras fuentes de financiamiento, si las hay

El Aceptada X Enviada O En preparación Año: _______ Vol. _______ N° Pág.

José O. Valderrama, Juan A. Lazzús, Claudio A. Faúndez

Correlation and Prediction of Subilmation Pressure Using a Combined Nei1 Networks+GrOUp Contribution Method,

Autor(a)(eS/aS)

Título (Idioma

Nombre Completo de la Revista.

Canadian Journal of Chemical Engineering.

Año:________ Vol. _______ N° ______ Pág. - Ref. bibliográficaO Publicada O Aceptada X Enviada O En preparación

/En Prensa Estado de la publicación a la fecha. Otras fuentes de financiamiento, Sl las hay

2. Otras publicaciones/ productos.

Autor(a)(es/as)

Título (Idioma Original)

Tipo de publicación o E Monografía E Seminario /Taller /Curso producto E Libro E Informe Técnico

E Capítulo de Libro E Software Marque con una "X" lo que E Mapa E Patente corresponda E Exposición de Arte

Otro. Especificar: Editor(es) (Libros o Capítulos de Libros) Nombre de la Editorial! Organización

Lugar y Fecha de Publicación País: Fecha:

3. Presentaciones a Congresos Nacionales e Internacionales. Adjunte copia del resumen o texto de la ponencia y de la tapa de/libro de Resúmenes, si no la ha enviado previamente.

Autor(a)(es/as) Luis E. Tamblay, Claudio A. Faúndez and José O. Valderrama

Título (Idioma Original)

Estimatiori of Sublimatiori Pressure of pure solids using Genetic Algorithms and Neural Networks.

Nombre del Congreso 2nd International Symposium on Calorimetry, and Chemical Thermodynamics.

Lugar y Fecha País: Brasil Ciudad: Sao Paulo Fecha: 9-13 Abril 2006

Autor(a)(es/as) Claudio A. Faúndez and José O. Valderrama

Título (Idioma Original)

Sublimation Pressure from Solubility Data of Solids in Supercritical Solvents.

Nombre del Congreso AIChEs 2007 Spring National Meeting.

Lugar y Fecha País: EE.UU. Ciudad: Houston Fecha: 22-26 Abril 2007

Autor(a)(es/aS) Juan A. Lazzús Claudio A. Faúndez, José O. Valderrama.

Título (Idioma Original)

Predicción de la Presión de Sublimación usando una Red Neuronal Programada en Matlab.

Nombre del Congreso Congreso de Computación Aplicada CAIP 2007.

Lugar y Fecha País: Paraguay Ciudad: Asunción Fecha: 1-5 de Julio, 2007

4. Tesis y /0 Memorias en ejecución y /0 terminadas en el marco del proyecto. Adjunte copia del resumen no informado anteriormente y certificación de aprobación, si corresponde.

Título de la Tesis Estimación de la Presión de Sublimación de Sustancias Sólidas utilizando Redes Neuronales Artificiales.

Nombre y Apellidos Alumno: Juan Andrés Lazzus Zúñiga del(de la)/de los(las) Tutor: Claudio Faúndez Araya; José Valderrama Méndez Alu m no(a)(os/as) y Tutor(a) Título! Grado Profesor de Estado en Matemáticas y Física! Licenciado en Educación. Institución, Facultad, Universidad de La Serena/ Facultad de Ciencias! Dpto. Física. Departamento

Lugar País: Chile Ciudad: La Serena

Estado de Tesis En Ejecución: Terminada: X Fecha de Inicio: Diciembre de 2005 Fecha de Término: Julio 2006

Título de la Tesis Correlación y Predicción de la Presión de Sublimación de Carboácidos utilizando Redes Neuronales.

Nombre y Apellidos Alumna: Marcela Alejandra Ortiz Robles del(de la)/de los(las) Tutor: Claudio Faúndez Araya Alumno(a)(os/as) y Tutor(a) Título! Grado Profesor _de_ Cs. _Naturales _y_Física Institución, Facultad, Universidad de Concepción! Facultad de Cs. Físicas y Matemáticas! Dpto. Departamento Física.

Lugar País: Chile Ciudad: Concepción

Estado de Tesis En Ejecución: X Terminada:

Fecha de Inicio: Noviembre de 2006 Fecha de Término: Julio 2007

IV. DESTAQUE OTROS LOGROS DEL PROYECTO TALES COMO: • Estadías de investigación. • Formación de recursos humanos exceptuando tesistas ya informados. • Actividades de difusión y/o extensión en la temática del proyecto. • Cualquier otro logro no contemplado en los ítem anteriores y que Ud. quiera destacar.

Se ha contado con el apoyo del Prof. Luis Tamblay Varela, del Departamento de Física de la Universidad de La Serena, quien se ha estado formando en investigación en este y otros proyectos, durante los últimos dos años.

Creo que esto es un logro destacable, considerando que el Prof. Tamblay se ha dedicado exclusivamente a la docencia durante toda su vida académica.

Creo que se debe mencionar también la difusión que ha dado el co-investigador en cursos y seminarios invitados donde expone los temas en desarrollo en el área de termodinámica en el que está inserto este proyecto. Sobre el tema de este proyecto el co-investigador ha presentado conferencias en: la Univ. Nacional de San Cristóbal de Huamanga (Ayacucho, Perú), en la Universidad de Pau (Francia), en la Universidad Nacional del Altiplano, (Puno, Perú), y en la Swinburne University of Technology (melbourne, Australia)

V.RESUMEN

Describa en forma precisa y breve el tópico general del proyecto, sus metas y objetivos y los resultados alcanzados. Utilice un lenguaje apropiado para la comprensión del público no especialista en el tema. Esta información podrá ser difundida. (No debe exceder este espacio en fuente Verdana 9)

En este proyecto se ha trabajado en la evaluación y propuesta de nuevos modelos para correlacionar y predecir la presión de sublimación de sustancias sólidas de interés industrial. La presión de sublimación es usualmente pequeña para muchos sólidos de interés industrial y en muchos casos no se pueden obtener datos experimentales, por lo que se debe recurrir a procedimientos de estimación, como los propuestos en este proyecto.

El objetivo general de este proyecto fue el desarrollo de modelos para predecir la presión de sublimación de sustancias sólidas para su aplicación al estudio y análisis del equilibrio entre fases en mezclas que contienen un fluido supercrítico. Los objetivos específicos son: 1) Analizar métodos actuales de predicción de propiedades como los métodos generalizados y los métodos de contribución de grupos; 2) Determinar la influencia de diversas propiedades fisicoquímicas moleculares (factor acéntrico, estructura, momento dipolar, radio de giro, punto triple, entre otras), sobre la presión de sublimación; 3) Analizar datos de presión de sublimación que han sido publicados en la literatura y proponer modelos y valores para la presión de sublimación para sustancias de interés actual, en especial en el aréa de productos naturales; 4) Contribuir al conocimiento en el área de propiedades de sólidos y modelado del equilibrio entre fases en sistemas conteniendo sustancias sólidas disueltas en un fluido supercrítico

Los objetivos planteados en la propuesta han sido alcanzados, lográndose los siguientes resultados principales:

1) La presión de sublimación de sólido a partir de datos de solubilidad a alta presión es calculada utilizando algoritmo genético. El método de algoritmo genético muestra ser una buena herramienta para solucionar el problema de optimización estudiado en este proyecto, proporcionando óptimos globales. El modelo termodinámico ecuación de estado de Peng-Robinson+ regla de mezcla Wong-Sandler es apropiado para estimar la presión de sublimación de sólidos.

2) Se ha desarrollado un método para la estimación de presión de sólidos utilizando un proceso híbrido de contribución de grupos y redes neuronales artificiales. Se entrena una red con datos de presión de sublimación en función de la temperatura, incluyendo como variable de aprendizaje una serle de propiedades seleccionadas para discriminar entre los diversos tipos de sustancias cuya estructura física y química es muy diferente y un valor asociado a cada grupo estructural que forma la molécula. El método es confiable y puede ser utilizado para predecir la presión de sublimación de otros sólidos de interés industrial no considerados en el estudio.

3) Se han desarrollado Programas de cálculo basados en la aplicación de Algoritmos Genéticos y Redes Neuronales Artificiales. Estos programas son versátiles y permiten, entre otros, determinar óptimos parámetros de interacción de los sistemas de interés de este proyecto.

El estudio ha permitido proponer nuevos y confiables métodos para la estimación de la presión de sublimación. En estos dos años, el proyecto ha dado origen a 1. presentación ya realizada en un congreso internacional (Brasil), a 2 presentaciones a Congresos a realizarse (EE.UU. y Paraguay), a 1 Tesis de pregrado finalizada y a 1. Tesis de pregrado en ejecución, a 1. artículo en una revista internacional Scielo (Información Tecnológica) y a 2 artículos enviados a revistas ISI (Thermochimica Acta, Canadian of Journal Chemical Engineering).

VI.- INFORME DE PROYECTO DE INCENTIVO A LA COOPERACION INTERNACIONAL

NO HAY

NÚMERO DE PROYECTO DE INCENTIVO A LA COOPERACION INTERNACIONAL

NÚMERO DE PROYECTO FONDECYT REGULAR

INVESTIGADOR(A) RESPONSABLE FIRMA FECHA PRESENTACIÓN

PERIODO QUE SE INFORMA ii

DESDE HASTA

NOMBRE COLABORADOR(A) EXTRANJERO(A) AFILIACIÓN INSTITUCIONAL ACTUAL

FECHAS DE ESTADÍA 1

DESDE HASTA

Describa las actividades realizadas y resultados obtenidos. Destaque SU contribución al logro de los objetivos del proyecto Regular. Si es pertinente, indique las publicaciones conjuntas generadas, haciendo referencia a lo informado en el punto III del informe de avance! final. Agregue los anexos necesarios.