Maestría en Ingeniería Química
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Browsing Maestría en Ingeniería Química by browse.metadata.advisor "Barajas Ferreira, Crisostomo"
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Item Diagnóstico de las condiciones operacionales y propuesta de mejora en la eficiencia de la torre enfriadora ste-2945(Universidad Industrial de Santander, 2016) Bayona Rubiano, Leonardo Javier; Barajas Ferreira, CrisostomoLas torres de enfriamiento se han venido desarrollando paulatinamente con el desarrollo y adecuación de nuevas tecnologías, los dispositivos de enfriamiento han sido por décadas estudiados, implementados y dispuestos complementando las consideraciones y restricciones operativas presentes en las unidades de proceso asociados a la torre enfriadora. En el desarrollo del presente trabajo es importante entregar a los operadores herramientas para identificar y actuar ante los fenómenos evidenciados en la operación de la torre enfriadora. La herramienta propuesta permite el cálculo del perfil de temperatura para el agua, el perfil de temperatura para el aire, el perfil de humedad y la demanda térmica a contracorriente en una torre de enfriamiento de agua de tiro inducido a contracorriente. Como un primer paso, se construye un modelo matemático, que rige el funcionamiento de una torre de enfriamiento de agua de tiro inducido a contracorriente. El modelo matemático estructurado contiene ecuaciones que describen los fenómenos de transferencia de masa, transferencia de calor, el balance de energía y la ecuación de equilibrio generada a partir de datos para el sistema aire-agua. De la solución numérica se obtuvo el calor removido por la torre, la temperatura de agua fría, la temperatura del aire a la salida, la demanda térmica a contracorriente y los perfiles de temperatura para el agua. El presente trabajo desarrolla el diseño operacional para una torre de enfriamiento de tiro inducido a fin de ser implementada. Las ecuaciones de diseño del equipo en general se basan en la teoría del potencial entálpico descrita y desarrollada por Merkel, conforme a las normas establecidas por el Cooling Tower Institute.Item Diseño de una metodología para la evaluación e integración energética aplicable a udcs de refinería - caso de estudio : refinería de Barrancabermeja(Universidad Industrial de Santander, 2009) Flórez González, Ariel; Barajas Ferreira, Crisostomo; Uribe Rodriguez, ArielEn éste trabajo se discuten tres temas importantes en el estado del arte de generación de redes óptimas de intercambio de calor, que son: El diseño de redes con múltiples servicios, diseño de redes que permitan la manipulación de corrientes que cambian de fase y el rediseño de redes de intercambio de calor en Unidades de Destilación de Crudo. A través de éste libro se desarrollan una serie de modelos matemáticos para el diseño y rediseño de redes de intercambio de calor, basado en una superestructura y optimización simultánea que permiten la manipulación de problemas que incluyen múltiples servicios y corrientes que cambian de fase. La concepción de estos modelos se basó en la idea de que el uso de diversos servicios industriales con diferente costo pueden ser empleados en el intervalo de temperaturas de las corrientes de proceso, sin embargo, un servicio industrial económico puede generar un alto costo de capital debido a una pobre diferencia de temperatura. Los modelos fueron probados con problemas de literatura de diversa complejidad y tamaño, encontrando en todos ellos su eficiencia en la aplicación. Al ser comparados con diversas metodologías demuestran que a pesar de su sencillez reportan soluciones competitivas y en los casos expuestos mejores. En la aplicación de rediseño hecha sobre una unidad de destilación de crudo de la refinería de Barrancabermeja, se desarrollan diferentes escenarios futuros de costos de servicios. En todos ellos los resultados fueron previsibles, se comprobó que la configuración del tren de precalentamiento para una unidad de destilación de crudo actual es insuficiente para la demanda que tendrá la misma cuando se alimente de crudos pesados.Item Diseño y aplicación de una metodología de cultivo y cosecha de microalgas para la obtención de metabolitos de valor agregado(Universidad Industrial de Santander, 2016) Ardila Alvarez, Ana Maria; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Barajas Ferreira, CrisostomoEn la búsqueda de energías renovables, los biocombustibles de tercera generación se han convertido en una alternativa innovadora que ofrece una amplia variedad de beneficios excepcionales. La biorrefinería se ha identificado en el camino más prometedor para la creación de una industria basada en la biomasa de microalgas para la producción de biocombustibles y productos de alto valor agregado. En el presente estudio se evaluó diferentes medios de cultivo, variando los nutrientes (nitrógeno, fósforo y carbono) necesarios para la producción de biomasa y metabolitos de valor agregado. Conjuntamente se evaluó los métodos de concentración y cosecha como la inmovilización, centrifugación y floculación, analizando las variables que intervienen en estos procesos (materiales empleados, tiempo del proceso, cantidad de floculante, concentración de inicial de biomasa, pH, agitación), empleando C. vulgaris con el fin de obtener la mayor cantidad de biomasa y metabolitos de valor agregado (proteínas, carbohidratos, lípidos y pigmentos). Para el cultivo se obtuvo un aumento del 73% en la producción de biomasa total permite obtener microalgas más robusta, aumentando la productividad de lípidos, proteínas y carbohidratos. Además se emplearon sustancias que son consideradas residuos de otros procesos industriales como es el glicerol, que es reutilizado y presenta un impacto positivo en la producción de biomasa. En la cosecha de microalgas se evaluaron diferentes procesos con el fin de aumentar la de biomasa, sin afectar las características de la misma, reduciendo el tiempo y costos en la recolección de la biomasa. Es por esto que la floculación con el biopolímero FO49990 es el mejor método ya que la recuperación es superior al 90% sin importar el volumen de biomasa con el que se trabaje y esta no se ve afectada con su adicción. 1Item Evaluación integral de esquemas operativos para el incremento de la concentración de Propileno Grado Refineria (PGR) de la refinería Barrancabermeja(Universidad Industrial de Santander, 2017) Londoño Galvis, Leonardo; Barajas Ferreira, CrisostomoEste proyecto fue planteado para darle mayor valorización al propileno grado refinería producido en la refinería de Barrancabermeja, buscando los esquemas operativos capaces de la incrementar la concentración de un 70% contra un 99% que es lo requerido para la industria de producción de polipropileno. Para dar solución a este problema se contempla el uso de activos de la refinería con disponibilidad y confiabilidad para desarrollar dicha operación. Para definir los equipos de destilación a seleccionar, se realizó un estudio por simulación de procesos, de forma rigurosa de los diferentes equipos a utilizar para determinar cada esquema operativo, además de realizar un análisis de sensibilidad que permita determinar las condiciones óptimas de operación, para lograr la mayor recuperación de margen bruto en la venta de propileno. La simulación se desarrolló bajo el modelamiento utilizando el método de PR-SRK, definido por árbol de decisiones y las recomendaciones de ASPENTECH en el uso de cada modelo termodinámico. Las torres fueron simuladas de acuerdo con las hojas de especificaciones y las diferentes consideraciones de alturas entre platos, condensador, rehervidor y procesos de reflujo para incrementar recuperaciones de propileno. Para precisar la simulación y cálculos de intercambiadores de calor se utilizó simulación de diseño riguroso bajo la herramienta EDR (Exchanger Design & Rating) tomando datos exactos de planta con todas las configuraciones mecánicas. Se determinaron relaciones entre variables de procesos para definir rangos de operación óptimos y de estabilidad, donde se plantearon variables como flujo de carga, carga térmica, reflujos y rendimientos todo esto apoyados bajo teorías definidas como Fenske, Underwood y propias de AspentechItem Evaluación técnica y económica de alternativas para incrementar la carga hacia la sección de recuperación de etano-etileno de la Unidad de Craqueo Catalítico UOP I(Universidad Industrial de Santander, 2017) Pimienta Coronado, Luis Eduardo; Barajas Ferreira, CrisostomoECOPETROL.S.A. basándose en la obligación de hacer gran esfuerzo para lograr los objetivos empresariales y manejo eficiente de recursos, prevaleciendo el interés por el desarrollo del país por encima del interés particular, requiere operar al máximo el lado frio de la cracking UOP 1, buscando cumplir con la PFI 111recomendada por la firma SHELL. La unidad recuperadora de etano-etileno (UOP 1) presenta un inconveniente, radicado en la dificultad de manejar altas cantidades de gas, problema que se presenta en la torre de lavado caustico (T-2757), la cual posee dificultad de arrastre esporádico de soda (Jet Flooding). Inicialmente se recopilaron datos históricos de condiciones operacionales, condiciones de diseño según diagrama de flujo de proceso, data sheet de intercambiadores de calor, torres, bombas y válvulas de control para establecer los balances másicos y de energía; con esta información se construyó la simulación rigurosa de la sección de etano/etileno. Posteriormente a esto y mediante análisis estadístico se construyeron las ecuaciones que representan la producción y concentración de etano/etileno para luego a esto evidenciar a medida que se incrementaban la carga de gases a la unidad identificar las restricciones mecánicas de la unidad recuperadora de etano/etileno. Finalmente en base a la identificación de los requerimientos y actualizaciones de equipos se realizó la evaluación económica de los tres escenarios en función del potencial de incremento de carga hacia la sección de recuperación de etano/etileno de la UOP I.Item Evaluación técnico económica de alternativas para producir Bases Lubricantes Tipo II en la refinería de Barrancabermeja(Universidad Industrial de Santander, 2017) Duarte Leon, Diana Marcela; Barajas Ferreira, CrisostomoEn la Gerencia de Refinería de Barrancabermeja - GRB, la producción de ceras y bases lubricantes se logra a partir dde crudos que se tiene como carga en la GRB, no se ha logrado cumplir con las características para producir bases parafínicas del grupo I. La demanda de productos lubricantes de mayor calidad proviene de los nuevos y exigentes requisitos de aceite para motores se formulan cada vez más alrededor de los lubricantes de los Grupo II y Grupo III. En Colombia las bases lubricantes Tipo II son importadas debido a que Ecopetrol S.A no las ha incluido en su portafolio de productos. Por lo anterior se hace necesario realizar la evaluación de alternativas que permitan definir la viabilidad técnico-económica de la producción de bases tipo II en la refinería de Barrancabermeja. Se realizó una evaluación de tres corrientes, dos corrientes de la Refinería de Barrancabermeja y una corriente de la Refinería de Cartagena, donde se encontró que la corriente UCO de la Refinería de Cartagena, después de sufrir el proceso de desparafinado, cumple con las especificaciones de una base tipo II, por lo que se considera como una alternativa viable técnicamente para producir las bases tipo II en la Refinería de Barrancabermeja. La evaluación técnico económica se realizó mediante el método de variable multicriterio. Teniendo en cuenta que la corriente desparafinada de GAOH de Unibon no cuenta con el valor mínimo de VI, como alternativa de producción de bases tipo II se tiene la mezcla del desparafinado de UCO con el desparafinado de GAOH de la unidad Unibon, siendo 40% el máximo porcentaje de desparafinado de GAOH que se puede incluir en la preparación para producir una base parafínica liviana en especificaciones.Item Evaluación técnico-económica para realizar hidrocraqueo a una mezcla de gasoleo y aceite liviano de ciclo en la planta Unibon para producir diesel de bajo azufre en la refinería de Barrancabermeja, Ecopetrol S.A(Universidad Industrial de Santander, 2017) Ravelo Espindola, Yennsy Davian; Barajas Ferreira, CrisostomoEn éste proyecto se realizó una evaluación técnica y económica para la conversión de la planta de hidrotratamiento de aceite desmetalizado de la refinería de Barrancabermeja Unibon en una unidad de hidrocraqueo moderado, el proyecto inicia con una evaluación a máxima carga de la unidad para identificación de cuellos de botella, posteriormente se realizó la simulación de la unidad en estado estacionario, a partir de la cual se rediseñó la unidad con el objetivo de mejorar los sistemas de precalentamiento y de fraccionamiento de la unidad. Con los cambios a estos dos sistemas se habilita la unidad para aumentar la carga de 22KBPD a 24KBPD y aumentar la producción diésel de 1KBPD a 7KBPD. Respecto al sistema catalítico se realizan las simulaciones con múltiples sistemas de catalizadores hasta obtener el sistema que permita la mayor conversión de diésel con consumo de hidrógeno inferior a 500PC/Bbl y con las condiciones operacionales del sistema de reacción de la unidad. La evaluación económica del nuevo esquema operacional se realizó teniendo en cuenta diferentes variables económicas como: Precio del crudo, Índice de precios al consumidor, tasa representativa del mercado, variación de precios de los productos por estacionalidad y especificación en el contenido de azufre del diésel, entre las más importantes.Item Modelamiento riguroso de la planta viscoreductora como unidad destiladora de crudo en la refinería de Barrancabermeja, Ecopetrol S.A(Universidad Industrial de Santander, 2016) Grimaldos Jaimes, Elkin Yesid; Barajas Ferreira, CrisostomoEste proyecto analiza la solución de problemas, optimización operacional y ahorro energético de la operación de la unidad de Viscorreductora como destiladora de crudo, desarrollando una simulación rigurosa donde se tuvo en cuenta las especificaciones de equipos y los cambios implementados. El modelamiento riguroso permitió asegurar que un activo fijo cambiara su modo de operación para otras temperaturas y servicios, dentro de parámetros de seguridad. El modelamiento se desarrolló bajo los modelos de crudo utilizando el método de Graysson, definido de por árbol de decisiones y las recomendaciones de ASPENTECH en el uso de cada modelo termodinámico. Para precisar cálculos de intercambiadores de calor se utilizó simulación de diseño riguroso bajo la herramienta EDR (Exchanger Design & Rating) tomando datos exactos de planta con todas las configuraciones mecánicas. Se determinaron relaciones entre variables para definir rangos de operación óptimos y de estabilidad, se plantearon variables como flujo de carga, carga térmica, reflujos y rendimientos todo esto apoyados bajo teorías definidas como Fenske, Underwood y propias de Aspentech. El uso de análisis de sensibilidad enfoca la simulación hacia mayores rendimientos de productos además de asegurar el mejor perfil hidráulico para las torres simuladas evitando fenómenos como secamiento de platos o altas velocidades de gases. Aprovechando la energía para cerrar el ciclo de optimización en la simulación, fue necesario enfocar métodos HEN y MILP logrando recuperación energética y el máximo aprovechamiento de energía para lograr menores costos de operación manteniendo el mejor rendimiento. Se concluye que las plantas de viscorreducción pueden operar destilando crudo, pero debe asegurarse un análisis exhaustivo y determinar rango de operación para lograr los mayores rendimientos a los más bajos costos, teniendo en cuenta la significancia y la capacidad de las torres frente a variaciones de reflujo medio y cima.Item Modelo matemático de impedancia eléctrica de un yacimiento de crudo pesado(Universidad Industrial de Santander, 2008) Cabarcas Simancas, Manuel Enrique; Barajas Ferreira, CrisostomoEl interés principal de este trabajo, consiste en la formulación de un modelo matemático de impedancia eléctrica para yacimientos de crudo pesado, validado a partir de mediciones de impedancia en núcleos roca-fluidos previamente caracterizados en cuanto a sus propiedades petrofísicas, mineralogía, y fluidos. El modelo tiene en cuenta los fenómenos que se presentan en una matriz roca Œ fluidos al pasar corriente eléctrica alterna AC, tales como la dispersión dieléctrica, la polarización inducida y el transporte de cargas. También se consideran las microfracturas que se presentan cuando la roca del yacimiento está sometida a altas presiones. La aplicación práctica de este modelo de impedancia radica en la predicción de la distribución de corriente eléctrica en la formación productora de petróleo y capas adyacentes, distancia óptima entre los pozos, y en el cálculo de potencia requerida en un proyecto de recobro mejorado con calentamiento eléctrico resistivo. El modelo se desarrolló con base en algunas investigaciones relacionadas con el funcionamiento de los instrumentos electrónicos utilizados en la medición de las propiedades petrofísicas de los yacimientos (registros eléctricos de pozos). Adicionalmente se integraron las ecuaciones existentes para el cálculo de las propiedades eléctricas que utilizan los conceptos de la teoría electromagnética. Los simuladores numéricos que se han propuesto para modelar el flujo de fluidos en medios porosos bajo el efecto de un campo electromagnético, no manejan el concepto de la impedancia para el cálculo de la potencia; en su lugar usan el término de resistencia al considerar la corriente eléctrica de tipo DC. Esto los hace poco útiles para fines prácticos y de estudios en pilotos de campo. 1Item Planteamiento de un sistema de dilucion y remocion de lodos en el tanque de almacenamiento k-808 de la refineria de barrancabermeja(Universidad Industrial de Santander, 2019) Botello Garcia, Jose De Dios; Barajas Ferreira, CrisostomoLos tanques de almacenamiento en la cadena de refinación del petróleo, contienen contaminantes peligrosos denominados lodos o borras. El volumen de la capa de lodos disminuye la capacidad operativa de los tanques y contaminan los productos que se mueven a través de los mismos. El presente documento analiza los principales resultados obtenidos de un trabajo dirigido a la proposición de un sistema de dilución y remoción de lodos del tanque K-808 de la Gerencia Refinería de Barrancabermeja (GRB). Cuatro solventes disponibles en la GRB fueron utilizados en la disminución de la viscosidad del lodo; las curvas de esfuerzo cortante o shear stress fueron obtenidas y su comportamiento caracterizados y ajustado por medio de 5 modelos reológicos. Según los resultados, las mezclas entre el lodo y los solventes slop, ALC, tolueno y xileno presentan un comportamiento reológico de tipo pseudoplástico. El mejor desempeño para el ajuste de los datos reológicos del lodo y sus mezclas fue reportado por el modelo de Casson. El sistema de dilución y remoción de lodos propuesto considera el solvente ALC debido a su menor costo y menor impacto ambiental. El sistema requiere de una bomba centrífuga para la inyección del solvente y la recirculación del mismo en el tanque K-808. Con la capacidad del tanque, una cantidad de 200 barriles son requeridos para alcanzar un 5% de la mezcla lodo-ALC. Asimismo, la potencia del motor de la bomba, considerando un 80% eficiencia, deberá corresponder a 75 hp. *Item Secuencia de extracción de metabolitos presentes en biomasa de microalgal obtenida a partir del aprovechamiento de vinazas como medio de cultivo(Universidad Industrial de Santander, 2016) Garcia Martinez, Janet Bibiana; Barajas Ferreira, CrisostomoLa producción de biocobustibles a partir de biomasa microalgal, es un proceso que requiere un gran gasto energético debido a dificultades en el proceso de recuperación de biomasa y a los actuales procesos de extracción de los metabolitos de interés. El desarrollo de múltiples tecnologías orientadas a la rentabilidad del proceso, a tomado gran fuerza debido al conocimiento de la gran variedad de compuestos aprovechables presentes en la biomasa microalgal. Se hizo necesario entonces evaluar métodos de cultivo y de extracción de metabolitos que permitan la valorización integral de todos los metabolitos de interés generados a partir de microalgas. El uso de vinazas (residuo industrial de la producción de alcohol), como medio de cultivo, presenta productividades de 0,73 g/L*d), con el tratamiento C2 (2000 mL de vinazas y 2 g de inóculo en base húmeda). Se evaluó el pretratamiento térmico necesario para la extracción de carbohidratos y se se identificó que según los resultados obtenidos, la biomasa debe contener una humedad del 8% para permitir una mayor liberación de azúcares. La evaluación del método de extracción a partir NaOH (85°C, 3M y 45 mL/g de relación solvente/biomasa) permitió la obtención del 65% de carbohidratos totales, además se observo que el proceso de extracción llevado hasta 40 g de biomasa inicial mantiene una continuidad en la cantidad de carbohidratos y proteínas extraídas, sin el uso de agentes extra como el aumento de temperatura o agitadoresItem Selección a través del análisis comparativo de la mejor alternativa de remoción de fenol en el efluente de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Gerencia Refinería de Barrancabermeja(Universidad Industrial de Santander, 2017) Gonzalez Galvis, Jose Nicolas Rodolfo; Barajas Ferreira, CrisostomoLa Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la Gerencia Refinería de Barrancabermeja de ECOPETROL S.A. trata las corrientes residuales de esta refinería que generaron para el año 2015 un promedio diario de 130.000 barriles de agua residual. La eficiencia de la Planta de Tratamiento es buena respecto al cumplimiento de todos los parámetros requeridos en la Resolución 631 del 2015, excepto las concentraciones de fenoles, ya que los monitoreos mensuales (realizados por ECOPETROL S.A. entre julio a septiembre de 2016) reportan valores entre 10 a 15 mg/L. (Valor de la resolución 631/15: 0,2 mg/L). Con el fin de mejorar esta situación en el presente trabajo de aplicación se evaluó la degradación del compuesto orgánico fenol a través de tres tecnologías previamente definidas y disponibles para el tratamiento del fenol en aguas residuales. En este sentido fue evaluada la corriente de salida de la planta a través de la oxidación de fenol con peróxido de hidrogeno catalizado con hierro, se evaluó la remoción a través de fotocatálisis heterogénea con dióxido de titanio y como tercer caso fue evaluado el efecto de la aireación inducida en el tratamiento de biodegradación de fenol actualmente aplicado en la planta. A través de las tres tecnologías evaluadas se observó que la tendencia en la reducción de fenoles es positiva, lográndose a escala de laboratorio el cumplimiento del decreto. Los resultados obtenidos permitieron identificar a través del análisis comparativo de alternativas los beneficios ambientales de mejorar el tratamiento actual y complementarlo con la implementación combinada de la aireación inducida y la oxidación química al final de la planta como pulimento.Item Selección de una metodología para la extracción selectiva de metabolitos con potencial de valor a partir de biomasa de microalgas(Universidad Industrial de Santander, 2016) Sanguino Barajas, Paola Andrea; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Barajas Ferreira, CrisostomoLas dificultades en la obtención de biocombustibles y productos de alto valor a partir de microalgas, promueven el estudio de métodos eficientes y económicamente viables para la recuperación de los metabolitos. Dado este escenario, la presente investigación se fundamentó en la evaluación de métodos experimentales para la obtención de carbohidratos, proteínas y lípidos, mediante el estudio de las variables: concentración de solvente, temperatura del proceso, relación (biomasa/ solvente) y contenido de humedad de la biomasa, teniendo en cuenta el efecto de la floculación, sobre el porcentaje de recuperación de los metabolitos. El estudio demostró que al utilizar biomasa sin pre-tratamiento térmico, con un contenido de humedad promedio de 73%, es posible recuperar 41,96% de los carbohidratos de C. vulgaris, mediante hidrólisis ácida (HCl 0,5M). El tratamiento alcalino (NaOH 3,67M, a 55 °C) evaluado, permitió recuperar el 71% de las proteínas y 49,77% de carbohidratos, a partir de C. vulgaris con un contenido de humedad promedio de (71%). Lo que representa una disminución del consumo energético de hasta 1,6 kilovatios por hora, a nivel de laboratorio. Los resultados indicaron que utilizando 290,33 mg de biomasa y 5 ml de hexano a 42,5°C, es posible recuperar 18,22% de los lípidos en C. vulgaris, con un contenido de humedad de 74%. En el caso de Nannochloropsis Sp, al utilizar una relación (biomasa/hexano) de 64,40g/L a 60°C se recuperó el 42,19% del contenido de lípidos. Mediante la mezcla de metanol:cloroformo:agua (106:851:43 ml) y una relación (biomasa/solvente) de 5g/L, se recuperó 97% del extracto lipídico, a partir de C. vulgaris con un contenido de humedad de 71%. Finalmente, el estudio señaló al utilizar biomasa de microalgas (C. vulgaris y Nannochloropsis Sp) deshidratada a 105°C por 17 horas, el floculante disminuye el porcentaje de recuperación de carbohidratos, proteínas y lípidos.