Doctorado en Ingeniería Química

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Browsing Doctorado en Ingeniería Química by browse.metadata.advisor "Chaves Guerrero, Arlex"

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    Desarrollo de un modelo de simulación para el proceso de coquización retardada de residuos de la refinación de crudos Colombianos
    (Universidad Industrial de Santander, 2016) Díaz Mateus, Fabian Andrey; Chaves Guerrero, Arlex; Maradei García, María Paola; Fuentes Díaz, David Alfredo; Guzmán Monsalve, Alexander
    Colombia se encuentra actualmente en un proceso de actualización de toda su infraestructura petrolera de crudos livianos hacia crudos pesados los cuales conforman casi la totalidad de nuestras reservas futuras. El proceso de coquización retardada es el corazón de esa actualización ya que permitirá la conversión total de los crudos pesados y extra-pesados en Colombia. La coquización retardada apenas se está comenzando a estudiar en el país, los únicos datos experimentales disponibles provienen de la planta piloto de coquización retardada del Instituto Colombiano del Petróleo (ICP) de Ecopetrol. Esta tesis doctoral se encuentra dentro del convenio de cooperación tecnológica 03 de 2011 firmado por el ICP y la Universidad Industrial de Santander (UIS) y está acreditada para emplear estos datos. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar un modelo de simulación computacional del proceso de coquización retardada empleando dinámica de fluidos computacional (CFD) con el fin de generar una herramienta de predicción de la formación de productos y de la acumulación de coque dentro del reactor. Este modelo fue solucionado numéricamente mediante programación en lenguaje C++. El desarrollo de este modelo de simulación representa un avance significativo ya que aún no se ha presentado en la literatura un modelo de simulación en dinámica de fluidos computacional de este proceso, los modelos que se encuentran en la literatura corresponden a correlaciones y modelos cinéticos los cuales no dependen del tiempo, variable fundamental para este proceso, y por lo tanto no presentan nada acerca de la acumulación de coque en el reactor, ni de las propiedades de la cama de coque las cuales dependen de las variables fluido-dinámicas del medio reaccionante, como fue comprobado en este trabajo. El rendimiento de coque obtenido en las simulaciones presenta una desviación máxima de 4.98% respecto a datos experimentales obtenidos en planta piloto.
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    Efecto de la estructura química y la concentración de los asfáltenos sobre las propiedades reológicas y termodinámicas de la cristalización de parafinas en crudos del campo colorado
    (Universidad Industrial de Santander, 2016) Ariza León, Emiliano; Molina Velasco, Daniel Ricardo; Chaves Guerrero, Arlex
    El alcance de este trabajo fue investigar el efecto que tienen la estructura química y la concentración de los asfaltenos sobre la precipitación de parafinas en el campo Colorado. Asfaltenos de crudos y sus depósitos fueron caracterizados mediante técnicas espectroscópicas de RMN, IR, DRX y RAMAN; se demostró que la estructura molecular promedio los asfaltenos del crudo son diferente entre sí y con los de sus respectivos depósitos, también varían si el crudo proviene de una sola arena o de mezclas. Las parafinas extraídas de los crudos fueron caracterizadas por RMN, MS, IR y SimDis, mostrando que presentan diferencias en sus características. Para evaluar el efecto de los asfaltenos en la cristalización de parafinas, se determinaron a maltenos como a sus respectivos crudos propiedades de temperatura de cristalización, punto de fluidez, temperatura de gel, esfuerzo de cedencia y viscosidad, que representan las variables dependientes. Con la información de caracterización por RMN - 1H de maltenos y asfaltenos y la concentración de asfaltenos se realizó un análisis multifactorial por PLS, validando la hipótesis: los asfaltenos tienen incidencia en las propiedades termodinámicas y reológicas de cristalización del crudo. Se demostró que los asfaltenos dentro del crudo afectan de manera diferente las propiedades que los asfaltenos de los depósitos a los crudos, lo mismo ocurre con las fracciones de los asfaltenos que aportan de manera diferente a las propiedades del crudo. Los asfaltenos en interacción con las parafinas tienen diferente comportamiento que dentro del crudo. Con las temperaturas características de la cristalización del Campo Colorado: temperaturas de cristalización, gel y punto de fluidez se encontró que la severidad del problema para los pozos que producen mezclas de crudo de arenas B y C inicia en fondo, mientras que para los de B y mezclas de crudos C y E ocurre en superficie. 1
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    Effect of physicochemical heterogeneity on adhesion phenomenon between bitumen and aggregates in asphalt mixtures
    (Universidad Industrial de Santander, 2017) López Contreras, Yuly Fernanda; Chaves Guerrero, Arlex; Viejo Abrante, Fernando; Hoyos Marín, Luis Javier
    Esta tesis doctoral contribuyó a avanzar en el entendimiento de la influencia de las propiedades fisicoquímicas de los materiales a nanoescala sobre el fenómeno de adhesión entre asfalto y agregados minerales en mezclas asfálticas. Diferentes técnicas a escala macroscopica, y a escala nanométrica se emplearon para el estudio de la mojabilidad, adsorción y adhesión de sistemas asfalto-agregado. Los resultados obtenidos fueron analizados para identificar sus posibles efectos sobre las propiedades de las mezclas asfálticas, y la correlación entre escala macroscópica y nanométrica fue evaluada. Una metodología para monitorear en tiempo real la adsorción de las moléculas de asfalto sobre la superficie de minerales haciendo uso de la QCM fue desarrollada, esto teniendo en cuenta que no se dispone en la literatura de aplicaciones de la QCM para la evaluación de las propiedades del sistema asfalto-agregado. A partir de los datos de obtenidos con la QCM es posible construir isotermas de adsorción para estudiar de una manera más confiable y precisa las propiedades fisicoquímicas del sistema. Se observó una buena correlación entre los resultados obtenidos a escala macroscópica de energía superficial libre y la medición de adhesión por tracción. Los resultados para el análisis de adhesión con AFM indican una mayor fuerza adhesiva entre los asfaltos con superficies de SiO2 que con CaCO3. Los datos de adsorción obtenidos con QCM siguieron la misma tendencia observada a escala macroscópica. Los datos de adsorción obtenidos con QCM mostraron la formación de una película viscoelástica sobre la superficie de los minerales empleados, que corresponde a la naturaleza viscoelástica del asfalto. El fenómeno de adsorción fue satisfactoriamente descrito por la isoterma de Freundlich para sistemas heterogéneos, lo cual confirma la influencia de la heterogeneidad fisicoquímica en el fenómeno de adhesión entre asfalto-agregado.
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    Study of the Magnetorheological Behavior and Magnetic-Induced Microstructure of Heavy Crude Oils and Ferrofluids Mixtures
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-11-14) Contreras Mateus, María Daniela; Chaves Guerrero, Arlex; Sánchez, Francisco Homero; Torres Díaz, Isaac; Muraca, Diego; Mejía Ospino, Enrique; Molina Velasco, Daniel Ricardo; Sánchez Torres, Viviana
    Global energy policies are undergoing a profound reorientation to provide a more secure, sustainable, and affordable system, moving towards net-zero emissions by 2050. Although investment in clean fuels is set to increase significantly in the coming years, parts of the fossil fuel system remain critical to energy security, such as refineries to supply residual users of transportation fuels. In this context, unconventional hydrocarbons have been a major candidate for current and future oil production, since they exist in abundant quantity on Earth’s crust, representing nearly 70% of proven reserves. Accordingly, great attention has been fundamentally directed towards exploring the promising and growing nanotechnology modern era. Against this background, this thesis is framed in the theoretical and experimental study of the inclusion of ferrofluids in the matrix of heavy crude oils with the aim of proving the induction of magnetorheological effects, primarily focused on improving the flow properties of these complex fluids in pipeline transportation applications. Therefore, it has been demonstrated that the integration of nanoparticles plays a fundamental role as adsorbent and smart magnetically controllable agent, effectively modifying the rheological properties of heavy crude oils. Likewise, surface modification of nanoparticles by adsorption of asphaltenes supported the role of this fraction as facilitator in promoting the spontaneous formation of aggregates. The orientation of these aggregates could be manipulated using external magnetic fields to stimulate more favorable flow properties in heavy crude oils. These findings serve as a fundamental theoretical basis for the development of an innovative technological approach aimed at flow assurance of heavy crude oils.