Escuela de Ingeniería Química

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Oxidación, carburación y sulfidación de aleaciones ferríticas Fe-9Cr-1Mo modificadas en ambientes con hidrocarburos a temperaturas entre 550 y 750°C
(Universidad Industrial de Santander, 2003) Serna Gil, José Aníbal; Laverde Cataño, Dionisio Antonio; Retamoso R., Clemente; Vásquez Q., Custodio; Arroyave P., Carlos E.; Peña Ballesteros, Darío Yesid; Le May, Iain
Se ha estudiado la oxidación-carburación-sulfidación del acero ferrítico Fe-9Cr-1Mo Modificado, ASTM A-335 Gr. P91, en condiciones isotérmicas a temperaturas de 550, 650 y 750°C. Inicialmente se evaluó el comportamiento cinético de tipo parabólico en la oxidación, se elaboró un modelo matemático que simula el crecimiento de películas de óxido y se diseñó una barrera térmica de difusión, por cementación empacada, para inhibir su crecimiento. Se evaluó también la carburación del acero en una atmósfera H2 – CH4 y H2 – C2H4 con una actividad de carbono de 0.8, igualmente se realizó un modelo matemático para simular la cinética de carburación. Luego se calculó una atmósfera de CO - CO2 – H2 – CH4, donde la presión parcial de O2 fuera del orden de 1x10-26 atm. Y existiera al mismo tiempo una actividad de carbono de 0.8 que termodinámicamente permitiera la oxidación –carburación simultánea. Finalmente se adicionó a la atmósfera de oxidación-carburación una concentración fija de 0.1% y 1.0%vol. de H2S para evaluar el efecto perturbador y el mecanismo de la sulfidación. Como resultado de la investigación, se definió un posible mecanismo de oxidación–carburación simultánea y el efecto perturbador de una concentración fija de H2S sobre las capas de óxido y de carburos; se compararon los modelos matemáticos que describen el comportamiento cinético de capas oxidadas y capas carburadas con los resultados experimentales obtenidos en laboratorio. Finalmente se propuso una teoría sobre la corrosión a alta temperatura y se concluyó que dichos fenómenos son competitivos y excluyentes. En la oxidación y la carburación, la cinética es controlada por la difusión; en la sulfidación predomina la reacción en la superficie.
Influencia de las variables hidrodinamicas y de transferencia de masa, en la corrosion del sistema oxigeno-agua-cloruro de sodio y acero al carbono
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Suarez Santoyo, Maria Teresa; Pena Ballesteros, Dario Yesid; Villarreal Celis, Jaime Orlando
La transferencia de masa y el esfuerzo de corte juegan un papel importante en el proceso de corrosin de un sistema de fase simple, compuesto por una salmuera saturada con aire en contacto con un acero al carbono, a diferentes condiciones de temperatura y velocidad. La corrosin es afectada por el flujo de fluidos de una manera diferente para cada sistema metal-solucin. Para el estudio de este fenmeno existen una serie de equipos a nivel de laboratorio que permiten simular las condiciones de campo mediante el uso de correlaciones que predicen los valores del coeficiente de transferencia de masa y esfuerzo de corte. Sin embargo, estas correlaciones no han sido validadas para todos los sistemas y no se encuentran expresiones que permitan describir la velocidad de corrosin en funcin de dichos parmetros. La tcnica de corriente lmite se us para determinar los valores de transferencia de masa y esfuerzo de corte en la pared, los cuales se compararon con aquellos predichos por las correlaciones para tres diferentes geometras que fueron el electrodo de cilindro rotatorio, flujo a travs de un tubo y celda de impacto; adems se obtuvieron las velocidades de corrosin para cada una de las condiciones evaluadas. El mecanismo de corrosin presente fue un control mixto, donde la reaccin de corrosin se encuentra parcialmente controlada por la transferencia de masa y carga, lo que llev a que no todas las correlaciones se ajustaran a los datos experimentales. Finalmente, con las principales variables respuesta electroqumicas se obtuvieron relaciones matemticas entre la velocidad de corrosin y las variables hidrodinmicas y de transferencia de masa para cada uno de los equipos utilizados, donde se destaca la implementacin de la celda de impacto a los estudios de corrosin en nuestro pas.
Simulacion de un reactor para generar hidrogeno y desarrollo de un sistema de control avanzado
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Acuna Gomez, Alirio; Fuentes Lozano, Carmelo
El reformado de gas natural con vapor de agua es un proceso muy importante en las refinerías y por esta razón es necesario evaluar el desempeño adecuado de la estrategia de control de estas unidades industriales. Actualmente se utilizan modelos para simular el comportamiento de las plantas de proceso. En este trabajo se desarrolla un modelo dinámico de un reactor de reformado, que considera las reacciones, los procesos de transferencia de masa y energía. El modelo se utiliza para evaluar las estrategias de control basadas en algoritmos PID (Proporcional, Integral y Derivativos) y se proponen nuevas estrategias basadas en algoritmos predictivos como el MDC ( Matriz Dinamica de Control ). Se propone una novedosa modificación al algoritmo MDC que consiste en adicionar un parametro denominado Factor de Aceleración (Ω), que regula el número de veces que se realizan los calculos del valor predicho de la variable controlada y los incrementos en la variable manipulada antes de actualizar la salida del controlador, mejorando su desempeño. El parámetro Ω es ajustable en tiempo real y compensa la demora en la integración del algoritmo, lo cual lo hace más adaptable a las condiciones del proceso. Para procesos altamente no lineales se utilizan valores pequeños de Ω (2 ò 3). En procesos lentos se utilizan valores de Ω superiores a 3. En este trabajo, se encontró que al incrementar Ω, el tiempo de estabilización del proceso no cambia significativamente, debido a que el controlador responde mas conservadoramente.
Estudio de la síntesis y propiedades de los hidróxidos dobles laminares intercalados
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Bravo Suárez, Juan José; Páez Mozo, Edgar Alberto; Oyama, S. Ted.
Se realizó una revisión extensiva de la síntesis, propiedades y aplicaciones de los hidróxidos dobles laminares (HDLs) con especial énfasis en los HDLs intercalados con aniones polioxometalatos (POMs). Las reacciones de síntesis fueron estudiadas con varios modelos termodinámicos para la predicción de las propiedades termodinámicas de formación de los HDLs desarrollados en esta tesis. Los métodos de síntesis estudiados fueron la coprecipitación y los métodos de reconstrucción del HDL. También se estudiaron el intercambio aniónico y la solubilidad de los HDLs. Se compilaron numerosos diagramas, tablas y nomogramas para la predicción de nuevos y posibles materiales del tipo HDL. Las propiedades texturales de los HDLs se estudiaron por medio de un modelo teórico. Se hizo un énfasis en los HDLs intercalados con POMs voluminosos dadas las posibilidades ofrecidas de accesibilidad al área interlaminar. Las propiedades estimadas incluyen las distancias interpilares, las áreas interlaminares y externas, el volumen interlaminar libre, y las densidades aparente y verdadera. Los resultados predichos estuvieron de acuerdo con los datos experimentales. La intercalación del POM decamolibdodicobaltato(III) ([Co2Mo10]) en los HDLs se llevó a cabo por intercambio aniónico con HDLs de MgAl-OH como precursores. La síntesis de los materiales intercalados puros y cristalinos se logró usando MgAl-OH con relaciones molares de Al/(Mg+Al) mayores de 0.33, un pH de reacción de 4.7, y un medio no acuoso de reacción (etanol/agua 40 % vol) a 353 K, con un tiempo de intercambio de 1 h. La estructura y composición de los compuestos intercalados se estableció con análisis elemental, difracción de rayos X, espectroscopías de infrarrojo y Raman, métodos térmicos, microscopías electrónicas de barrido y transmisión, y adsorción/desorción de N2. Los productos HDL-POM no presentaron microporosidad como resultado directo del empaquetamiento cercano de los pilares en el espacio interlaminar, lo cual estuvo de acuerdo con las predicciones teóricas.
Desarrollo de un esquema secuencial de reduccion de datos experimentales y ajuste de ecuacion de estado para fluidos tipo aceite volatil y gas condensado cercanos al punto critico con presencia de agua
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Pena Velasquez, Hermes; Santos Santos, Nicolás; Salazar La Rotta, Ramiro Augusto
El interés principal de este trabajo, consiste en proporcionar una metodología y expresiones termodinámicas que permitan garantizar la obtención de un modelo termodinámico ajustado a partir de pruebas experimentales PVT de Expansión a Composición Constante (ECC) que incluyan todos los compuestos presentes en los yacimientos del Piedemonte Llanero Colombiano. Un modelo, que a través de la inclusión de la regla de mezcla no convencional de Wong & Sandler y del modelo de exceso UNIQUAC al interior de la ecuación de estado de Peng & Robinson, involucre todos los conceptos y teorías termodinámicas necesarias para representar en una forma adecuada las interacciones complejas entre los compuestos hidrocarburos y el agua, teniendo en cuenta que de una adecuada predicción de estas interacciones dependerá el éxito en el planteamiento de esquemas de explotación y producción que eviten la presencia de condiciones desfavorables, y por lo tanto minimicen el daño a la formación debido a la presencia de escamas de origen orgánico (parafinas y asfaltenos) e inorgánico (scales) en estos yacimientos. El proyecto presenta en el Capítulo 1 la clasificación general de los fluidos presentes en los yacimientos de hidrocarburos, clasificación realizada con base en resultados obtenidos a partir de información PVT de laboratorio. En el Capítulo 2 una descripción detallada de las principales características del modelo termodinámico empleado para modelar sistemas hidrocarburos cercanos al punto crítico con presencia de agua. En el Capítulo 3 un detallado de la información experimental de pruebas PVT de Expansión a Composición Constante para sistemas de Gas Condensado Cercanos al Punto Crítico con Presencia de Agua, empleadas para validar el modelo planteado. En el Capitulo 4 una explicación detallada de las rutinas empleadas para garantizar el ajuste de los parámetros del modelo termodinámico a la información PVT de los fluidos evaluados y finalmente el Capítulo 5 los principales resultados de la aplicación del modelo termodinámico y las rutinas de ajuste de parámetros a los fluidos base de este estudio.
Estudio del reformado catalitico del metano con dioxido de carbono sobre oxidos mixtos la-ni
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Meneses Jacome, Alexander; Centeno Hurtado, Aristobulo
La reacción de reformado de metano con CO2 atrae un gran interés investigativo, como tecnología de reciclaje y fijación química, porque permite transformar dos moléculas que contribuyen al efecto invernadero, en gas de síntesis con una relación H2/CO cercana a uno, que sirve de carga para procesos de tipo Fischer-Tropsch y de hidroformilación. En general, los catalizadores de Ni soportado convencionales muestran una buena actividad inicial, pero también presentan pobre estabilidad, por efecto de una rápida desactivación ocasionada por la deposición de coque sobre los sitios metálicos. En el presente trabajo, el óxido mixto de tipo perovskita LaNiO3, fue utilizado como material catalítico de partida, para realizar la reacción de reformado de metano con CO2. En principio, la reacción fue estudiada en el intervalo de 700 a 800 o C, mediante la técnica de pulsos utilizando una relación CH4/CO2 = 1, con el fin de entender el comportamiento catalítico. Los catalizadores fueron caracterizados antes y después de reacción por DRX, TPR y STEM-EDX. En todos los ensayos, se encontró una alta conversión de metano y CO2 (>80%) y una relación H2/CO de 0.9, sin formación de coque. Se estableció que la reacción debe proceder por un mecanismo de dos pasos, siendo el primero la activación del CO2 con formación de CO y La2NiO4 y el segundo la reducción de la espinela (La2NiO4) por el CH4 Es posible inferir que la forma activa del catalizador consiste de una mezcla de óxidos mixtos LaNi, pero la cantidad de cada fase presente durante la reacción La2NiO4 o Nio /La2O3, depende de la etapa controlante del ciclo catalítico. Finalmente, los ensayos catalíticos bajo flujo continuo de reactivos (CH4/CO2 = 1) mostraron que la actividad permanece invariable durante la reacción (6 a 12 horas). Las conversiones de metano y CO2 superaron el 88% y la relación H2/CO alcanzó 0.93, resultados concordantes con los obtenidos en régimen de pulsos. Sin embargo, la formación de intermediarios del tipo La2O2CO3 fue detectada por DRX y correlacionada con la formación de la fase La2NiO4, la inhibición del coque y la alta estabilidad de estos catalizadores.
Accion de aditivos inhibidores en el proceso de envejecimiento de fracciones pesadas del petroleo
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Puello Mendez, Juliana; Afanasieva, Natalia Nicolaevna; Alvarez Cifuentes, Mario
La calidad de un asfalto comprende la combinación de las propiedades más importantes requeridas para un desempeño óptimo durante su vida útil y que tenga poca tendencia a los cambios o al deterioro. Las especificaciones industriales sólo proporcionan información sobre algunas características del asfalto, y no definen completamente la durabilidad. Debido a esto se ha despertado un interés creciente por los estudios que generen un conocimiento más preciso sobre los sucesos que tienen lugar a nivel molecular de estas fracciones pesadas del petróleo. Entre los principales objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos con aditivos inhibidores está la disminución de la susceptibilidad térmica y el aumento de la durabilidad, o el mejoramiento de su resistencia al envejecimiento con el tiempo. Este proyecto de investigación comprende el modo de selección y evaluación de cuatro aditivos diferentes escogidos y su efecto como modificadores de las propiedades de tres asfaltos industriales para pavimentos (provenientes del Complejo Industrial de Barrancabermeja, refinería de Cartagena y planta de Apiay). Se profundizó el entendimiento del comportamiento de estos materiales mediante ensayos de envejecimiento acelerado de los asfaltos puros y modificados con cada uno de los aditivos en porcentajes crecientes y con base en el cambio de las propiedades fisicoquímicas y parámetros estructurales. Las técnicas instrumentales utilizadas para detectar cambios en los parámetros estructurales fueron cromatografía líquida en columna empacada, espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier y resonancia magnética nuclear de 1H y 13C. Finalmente, se siguió el procedimiento Marshall para diseño de mezclas asfálticas densas en caliente, con el fin de determinar aspectos relacionados con el uso de asfaltos modificados en la construcción de pavimentos, tales como condiciones d
Corrosión en sistemas multifásicos en flujo intermitente, caso co29 agua, aceite, sobre acero al carbono 1018
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Villarreal Celis, Jaime Orlando; Laverde Cataño, Dionisio Antonio; Retamoso Rodríguez, Clemente
Un problema difícil de entender, predecir y controlar, presente comúnmente en la operación en la industria petrolera, es la corrosión por CO2 en las tuberías de producción y transporte de los hidrocarburos. Los hidrocarburos provenientes de los pozos, cuando se transportan por las tuberías forman una mezcla compleja, de múltiples fases, con diferentes configuraciones geométricas, asociadas con la erosión - corrosión cuando su hidrodinámica es altamente turbulenta. Una de estas formas de flujo multifásico que se caracteriza por su alta turbulencia es el flujo “slug”. En la bibliografía se reportan estudios de la corrosión ocasionada por CO2 disuelto en fases acuosas en los cuales se han estudiado experimentalmente factores tales como la presión parcial del CO2, la temperatura, la composición del fluido, la metalurgia de los materiales, pero muy poco se conoce sobre el efecto del flujo multifásico en la corrosión de este gas. La mayoría de los estudios mencionados se han realizado en laboratorios utilizando celdas, discos y cilindros rotatorios y autoclaves, pero los estudios de la corrosión en flujo multifásico requieren de circuitos hidrodinámicos construidos en tuberías de longitud considerable para la formación de los diferentes patrones de flujo. Para el desarrollo de esta investigación fue necesario en primer lugar diseñar y construir un circuito hidrodinámico de 48 metros de longitud. Fue construido en tuberías de acero inoxidable SS 316 y PVC transparente. Se validaron y ajustaron algunas correlaciones y el modelo hidrodinámico de Dukler y Hubbard que caracterizan el flujo “slug”. Para las condiciones de los ensayos de este estudio en un flujo simple en una tubería de 5 cm de diámetro, solución salina con una concentración de 1% de NaCl, saturada con CO2, se observó que la corrosión está gobernada por un mecanismo mixto de difusión y la cinética de las reacciones electroquímicas de reducción catódica. Finalmente, con base en los datos experimentales recopilados se propuso una correlación matemática para calcular la velocidad de corrosión, en función de la frecuencia de los “slugs” hasta una valor de 75 “slugs”/min, y otros parámetros como la caída de presión y la presión parcial del CO2.
Obtencion caracterizacion de las resinas presentes en el crudo castilla
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Navarro Quintero, Lina Constanza; Alvarez Cifuentes, Mario; Navarro U., Uriel; Glosso, Jorge L.
En este trabajo, se estudió la composición química y algunos parámetros moleculares de las resinas y asfaltenos provenientes del crudo Castilla, además de la evidencia sobre la interacción entre las resinas extraídas del crudo con los asfaltenos del crudo original como una herramienta para disminuir la velocidad de formación de agregados, que dificultan el procesamiento de cargas a refinación. Para esto, se precipitó a nivel de planta piloto, el agregado resina-asfalteno (R-A) del crudo, por adición y mezcla a condiciones controladas de un solvente parafínico. Mediante extracción Soxhlet con el mismo solvente, se separaron las Resinas I del agregado R-A. Las resinas II, se separaron del crudo desasfaltado, por cromatografía de columna abierta. Las dos fracciones de resinas y los asfaltenos, fueron caracterizadas por diferentes técnica analíticas. Contrario a lo que se podría pensar, las resinas I presentan un menor peso molecular y muestran grandes diferencias estructurales comparadas con las resinas II, además de tener un menor contenido de heteroátomos y metales. Se encontró que en el agregado R-A, se encuentran atrapadas moléculas mas livianas que las resinas I. Se propusieron estructuras moleculares para cada una de las fracciones separadas, asociando la preferencia de las resinas I para precipitar con los asfaltenos del crudo, con la estructura planar propuesta. Se evaluó la influencia de las resinas I sobre el punto de floculación de los asfaltenos, y, a nivel de planta piloto, cuando son utilizadas como aditivos en cargas a destilación y desasfaltado. Los resultados obtenidos muestran el efecto estabilizante de las resinas I sobre los asfaltenos del crudo Castilla. Por otro lado, las resinas I generan beneficios en el desasfaltado, incrementando el rendimiento del aceite demetalizado (DMO) y mejorando notablemente sus
Estudio de la síntesis y propiedades de los hidróxidos dobles laminares intercalados
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Bravo Suárez, Juan José; Páez Mozo, Édgar Alberto; Oyama, S. Ted.; Martínez Rey, Ramiro; Volzone, Cristina; Montes de Correa, Consuelo; Hoyos, Luis Javier
Se realizó una revisión extensiva de la síntesis, propiedades y aplicaciones de los hidróxidos dobles laminares (HDLs) con especial énfasis en los HDLs intercalados con aniones polioxometalatos (POMs). Las reacciones de síntesis fueron estudiadas con varios modelos termodinámicos para la predicción de las propiedades termodinámicas de formación de los HDLs desarrollados en esta tesis. Los métodos de síntesis estudiados fueron la coprecipitación y los métodos de reconstrucción del HDL. También se estudiaron el intercambio aniónico y la solubilidad de los HDLs. Se compilaron numerosos diagramas, tablas y nomogramas para la predicción de nuevos y posibles materiales del tipo HDL. Las propiedades texturales de los HDLs se estudiaron por medio de un modelo teórico. Se hizo un énfasis en los HDLs intercalados con POMs voluminosos dadas las posibilidades ofrecidas de accesibilidad al área interlaminar. Las propiedades estimadas incluyen las distancias interpilares, las áreas interlaminares y externas, el volumen interlaminar libre, y las densidades aparente y verdadera. Los resultados predichos estuvieron de acuerdo con los datos experimentales. La intercalación del POM decamolibdodicobaltato(III) ([Co 2 Mo10 ]) en los HDLs se llevó a cabo por intercambio aniónico con HDLs de MgAl-OH como precursores. La síntesis de los materiales intercalados puros y cristalinos se logró usando MgAl-OH con relaciones molares de Al/(Mg+Al) mayores de 0.33, un pH de reacción de 4.7, y un medio no acuoso de reacción (etanol/agua 40 % vol) a 353 K, con un tiempo de intercambio de 1 h. La estructura y composición de los compuestos intercalados se estableció con análisis elemental, difracción de rayos X, espectroscopías de infrarrojo y Raman, métodos térmicos, microscopías electrónicas de barrido y transmisión, y adsorción/desorción de N 2 . Los productos HDL-POM no presentaron microporosidad como resultado directo del empaquetamiento cercano de los pilares en el espacio interlaminar, lo cual estuvo de acuerdo con las predicciones teóricas.
Oxidación, carburación y sulfidación de aleaciones ferriticas fe-9cr-1mo modificadas en ambientes con hidrocarburos a temperatura entre 550 y 750 oc
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Serna Gil, José Aníbal; Laverde Cataño, Dionisio Antonio
Se ha estudiado la oxidación-carburación-sulfidación del acero ferrítico Fe-9Cr-1Mo Modificado, ASTM A-335 Gr. P91, en condiciones isotérmicas a temperaturas de 550, 650 y 750°C. Inicialmente se evaluó el comportamiento cinético de tipo parabólico en la oxidación, se elaboró un modelo matemático que simula el crecimiento de películas de óxido y se diseñó una barrera térmica de difusión, por cementación empacada, para inhibir su crecimiento. Se evaluó también la carburación del acero en una atmósfera H2 Œ CH4 y H2 Œ C2H4 con una actividad de carbono de 0.8, igualmente se realizó un modelo matemático para simular la cinética de carburación. Luego se calculó una atmósfera de CO - CO2 Œ H2 Œ CH4, donde la presión parcial de O2 fuera del orden de 1x10-26 atm. y existiera al mismo tiempo una actividad de carbono de 0.8 que termodinámicamente permitiera la oxidación Œcarburación simultánea. Finalmente se adicionó a la atmósfera de oxidación-carburación una concentración fija de 0.1% y 1.0%vol. de H2S para evaluar el efecto perturbador y el mecanismo de la sulfidación. Como resultado de la investigación, se definió un posible mecanismo de oxidaciónŒcarburación simultánea y el efecto perturbador de una concentración fija de H2S sobre las capas de óxido y de carburos; se compararon los modelos matemáticos que describen el comportamiento cinético de capas oxidadas y capas carburadas con los resultados experimentales obtenidos en laboratorio. Finalmente se propuso una teoría sobre la corrosión a alta temperatura y se concluyó que dichos fenómenos son competitivos y excluyentes. En la oxidación y la carburación, la cinética es controlada por la difusión; en la sulfidación predomina la reacción en la superficie.
Modelamiento y simulacion del proceso de carburacion en aleaciones fe-9cr-1mo modificado en ambiente con hidrocarburos a altas temperaturas
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Dorado Dominguez, Carmen Alicia; Laverde Catano, Dionisio
Se propone un modelo matemático utilizando la técnica de diferencias finitas para predecir la carburación en aleaciones austeníticas y aleaciones ferríticas sometidas a ambientes con hidrocarburos a altas temperaturas. El objetivo de esta investigación es estudiar el fenómeno de carburación en aleaciones ferríticas pues aunque teóricamente no debería existir carburación para este tipo de aleaciones, experimentalmente en otro trabajo de investigación anterior se encontró que existe carburación significativa en este tipo de aleaciones bajo largos periodos de exposición a ambientes con hidrocarburos y además, proponer un modelo que sea capaz de predecir la carburación especialmente en las aleaciones ferríticas. El modelo propuesto considera los mecanismos de difusión del carbono y la simultánea formación y precipitación de carburos. Se usó la técnica de diferencias finitas para resolver el modelo y se desarrolló un programa CARBUFER en Visual C++ 6.0, el cual calcula los perfiles de concentración de carbono total y el perfil de carbono y cromo en solución para cualquier configuración geométrica (planar, cilíndrica y esférica), dado un conjunto de datos de entrada y permite escoger la formación de dos carburos del tipo M23C6. CARBUFER es básicamente una herramienta que permite evaluar, predecir y controlar este fenómeno de corrosión a alta temperatura. En este trabajo se presentan resultados y análisis de resultados de comparaciones realizadas con resultados obtenidos en otros trabajos de investigación de carburación en una aleación austenítica 800H y una aleación ferrítica Fe-9Cr-1Mo convencional.
Corrosión en sistemas multifásicos en flujo intermitente, caso CO2, agua, aceite, sobre acero al carbono 1020
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Villarreal Celis, Jaime Orlando; Laverde Cataño, Dionisio Antonio; Retamoso Rodríguez, Clemente; Echavarría, Félix; Vera López, Enrique; Peña Ballesteros, Darío Yesid
Un problema difícil de entender, predecir y controlar, presente com únmente en la operación en la industria petr olera, es la corrosión por CO2 en las tuberías de producción y transporte de los hidrocarburos. Los hidrocarburos provenientes de los pozos, cuando se trans portan por las tuberías forman una mezcla compleja, de múltiples fases, con diferentes configuraciones geométricas, asociadas con la erosión - corrosión cuando su hidrodinámica es altamente turbulenta. Una de estas formas de flujo multifásico que se caracteriza por su alta turbulencia es el flujo “slug”. En la bibliografía se reportan estudios de la corrosión ocasionada por CO2 disuelto en fases acuosas en los cuales se han estudiado experimentalmente factores tales como la presión parcial del CO2, la temperatura, la composición del fluido, la metalurgia de los materiales, pero muy poco se conoce sobre el efecto del flujo multifásico en la corrosión de este gas. La mayoría de los estudios mencionados se han realizado en laboratorios utilizando celdas, discos y cilindros rotatorios y autoclaves, pero los estudios de la corrosión en flujo multifásico requieren de circuitos hidrodinámicos construidos en tuberías de longitud considerable para la formación de los diferentes patrones de flujo. Para el desarrollo de esta investigación fue necesario en primer lugar diseñar y construir un circuito hidrodinámico de 48 metros de longitud. Fue construido en tuberías de acero inoxidable SS 31 6 y PVC transparente. Se validaron y ajustaron algunas correlaciones y el modelo hidrodinámico de Dukler y Hubbard que caracterizan el flujo “slug”. Para las condiciones de los ensayos de este estudio en un flujo simple en una tubería de 5 c m de diámetro, solución salina con una concentración de 1% de NaCl, saturada con CO 2, se observó que la corrosión está gobernada por un mecanismo mixto de difusión y la cinética de las reaccion es electroquímicas de reducción catódica. Finalmente, con base en los datos experimentales recopilados se propuso una correlación matemática para calcular la velocidad de corrosión, en función de la frecuencia de los “slugs” hasta una valor de 75 “slugs”/min, y otros parámetros como la caída de presión y la presión parcial del CO2.
Adicion de carbon mineral alquilado como modificador de asfaltos
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Londono Gayon, Lia Lorena; Pulido Florez, Jorge Enrique
Debido a los problemas actuales en la infraestructura vial causados por deficiencia en la capa asfáltica, como ahuellamiento a alta temperatura, fisuramiento por fatiga y desprendimiento de material pétreo; se propuso estudiar la adición de carbón mineral como agente de refuerzo mecánico y a la vez, mediante la modificación de éste, como mejorador químico de las propiedades de los asfaltos. Se seleccionaron dos tipos de carbón, B y C, que se modificaron por reacciones de alquilación y se adicionaron al asfalto Apiay para evaluar las propiedades fisicoquímicas y determinar un porcentaje óptimo para al análisis químico y reológico del asfalto modificado. La evaluación química se hizo mediante análisis infrarrojo (FTIR), análisis elemental y difracción de rayos X (DRX). La evaluación reológica se hizo en los reómetros de corte dinámico y flexión de viga. La modificación de asfaltos con carbón retarda el proceso de envejecimiento ya que el crecimiento del grupo sulfóxido, medido por FTIR, es menor comparado con el asfalto Apiay. De acuerdo con los resultados del análisis instrumental, se determinó que la estructura de los asfaltos modificados con carbón tiene menor aromaticidad y es menos condensada. El peso molecular de los asfaltenos, fue menor para los que provenían de asfaltos modificados con carbón. La estructura coloidal de los asfaltos, se hace más rígida con el carbón B y de mayor fluidez con el carbón C. Los asfaltos modificados con carbón son más duros y rígidos que el asfalto Apiay. El valor de los módulos dinámicos aumenta y, de acuerdo con los resultados, se puede concluir que tienen mejores propiedades de resistencia al ahuellamiento. Adicional a esto, dichos asfaltos tienen mayor capacidad de relajar los esfuerzos que el asfalto Apiay; y por tanto, tienen mejor resistencia a la fatiga.
Evaluacion de un sistema biologico a escala piloto laboratorio para la remocion de materia organica del lixiviado del relleno sanitario de bucaramanga
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Moreno Moreno, Yasmin; Castillo, Edgar
Se determinó la aplicabilidad de un sistema anaerobio (Reactor de manto de lodos de flujo ascendente –UASB) y un sistema aerobio ( Lodos activados) a escala piloto laboratorio para el tratamiento del lixiviado generado en el relleno sanitario “El Carrasco” de la ciudad de Bucaramanga (Santander- Colombia). Para la evaluación del UASB se selecciono como inoculo una mezcla de lodo de la planta de tratamiento de aguas residuales de Rió Frió (Bucaramanga) más un lodo proveniente de un biodigestor anaerobio de una porcícola. Posteriormente se evalúa el reactor a diferentes Tiempos de Retención Hidráulicos (TRH: 54, 44 24 y 17 horas) obteniéndose remociones de DQO del orden del 65% en 54 horas y una producción específica de metano de 0.1942 litros de CH4/g DQOadicionada. Para la evaluación del sistema de lodos activados el inóculo empleado en el estudio para la producción de lodo activado proviene de la planta de tratamiento de aguas residuales del Instituto Colombiano del Petróleo (ICP- Piedecuesta (Santander)). Durante la evaluación en continuo del sistema a los diferentes TRH (26, 36 y 44 horas) se presentó arrastre de biomasa en el efluente, por lo que la concentración de microorganismos medida como los SSV no se logra mantener en el reactor. A pesar de esto se obtuvo el 56% en remoción de DQO en un tiempo de 44 horas, para una carga orgánica aplicada de 3.327 grDQOaplicada/litrodía, empleando una relación litro de aire por litro de reactor de 2,6.
Estudio de los mecanismos de captacion de cromo con algas pardas del genero sagassum sp
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Arias Penaranda, Martha Trinidad; Escalante Hernández, Humberto
La habilidad del alga parda del género Sargassum sp. para captar y remover metales pesados de efluentes líquidos ha sido ampliamente reportada por la literatura. Sin embargo los mecanismos a través de los cuales la biomasa capta dichos metales aún no están esclarecidos. En este trabajo se investigaron los mecanismos del proceso de biosorción de cromo en sus dos formas más contaminantes Cr(III) y Cr(VI). La biomasa fue modificada químicamente mediante protonación, esterificación, bloqueo de los grupos aminos, hidrólisis y tratamiento con CaCl2 y posteriormente determinado su efecto en la captación del cromo. Adicionalmente se evaluó la liberación de los metales livianos como Ca, Mg, Na, K y algunos iones presentes en la biomasa, con el tiempo y la concentración inicial de cromo en la solución. Se encontró que la biosorción de Cr(III) y Cr(VI) con Sargassum sp. es altamente dependiente del pH, el cual afecta tanto la especiación del cromo en la solución como el estado iónico de los grupos funcionales de la pared celular del alga. La capacidad de sorción de Cr(III) aumenta con el incremento del pH hasta un valor óptimo de 4, mientras la biosorción de Cr(VI) es favorecida a bajos pH del orden de 2. De los resultados se puede concluir que la biosorción de cromo por biomasa de Sargassum sp. no está basada en un solo mecanismo, para Cr(III) existe una atracción electrostática, combinada con el intercambio de iones y la formación de complejos; El Sargassum sp. remueve los iones Cr(VI) de la solución mediente un mecanismo combinado de atracción electrostática y reducción a Cr(III) a bajos pH.
Estudio del efecto del tiempo de retencion hidraulico, la temperatura y el contenido en carga organica en el proceso de digestion anaerobia en dos fases de la fraccion organica de los residuos solidos urbanos
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Cristancho Blanco, Diego Edison; Castillo Monroy, Edgar Fernando
En esta investigación se estudia el efecto del tiempo de retención hidráulico, la temperatura y el contenido en carga orgánica en la biodigestión anaerobia en dos fases de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU). Inicialmente se escoge el sustrato que se utiliza en el proceso con base en la composición de los residuos sólidos del relleno sanitario de la ciudad de Bucaramanga “El Carrasco”, decidiéndose utilizar los residuos de comida. El inóculo utilizado es una mezcla 1:1 de lodos, denominada MIX, provenientes de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Bucaramanga y de un biodigestor alimentado con estiércol porcino Posteriormente se realiza el diseño de tres digestores anaerobios de mezcla completa con capacidad de 30 L, calentamiento, control de temperatura y agitación. El proceso se divide en dos fases, una denominada de licuefacción (hidrólisis y acidogénesis) y otra de metanogénesis. En la fase de licuefacción se evalúan dos temperaturas (35 y 45 ºC), tres TRH (21, 12 y 8 días), con un porcentaje de sólidos totales en el sustrato de 18% y 9% en sólidos. En esta fase, se realiza el proceso con un pH de 4.2, . por lo tanto se encuentra que la fase de licuefacción realmente actúa como una fermentación alcohólica. En la fase metanogénica, se evalúan dos temperaturas (35 y 45 ºC), y dos TRH (21 y 12 días). En esta fase se obtiene una producción de 1.4 m3 CH4/m3 ReactorDía, para el proceso con un TRH de 21 días. Como resultado del comportamiento de la fase de licuefacción, en la fase metanogénica se presenta realmente el proceso en una fase con una incipiente especialización hacia la metanogénesis. Basándose en el comportamiento químico del sistema en dos fases, se deduce una ruta metabólica preferencialmente hidrogenofílica en el sistema de digestión anaerobia.
Electrodeposición de cobre sobre aleaciones de zamac en baños cianurizados corriente pulsante
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Sarmiento Cristancho, Sandra Liliana; Laverde Catano, Dionisio; Vasquez Quintero, Custodio
Se realizó un estudio electroquímico del sistema de electrodeposición de cobre sobre la aleación zamac, en baños alcalinos utilizando corriente en forma de pulsos; el cual permitió determinar las variables de operación que tienen mayor influencia sobre las propiedades microscópicas (porosidad y rugosidad) y macroscópicas (brillo, espesor y sobreespesor) de los depósitos de cobre. Según los resultados obtenidos en la caracterización de los recubrimientos de cobre, se logró establecer que el uso de la técnica de corriente pulsante, mejora sustancialmente las propiedades de los depósitos, debido principalmente a los fenómenos que ocurren durante el tiempo en el cual la corriente es interrumpida. Adicionalmente se hizo un estudio termodinámico de las especies complejas presentes en el sistema de electrodeposición de cobre empleado actualmente en la industria Fantaxias LTDA; el cual sirvió para determinar los rangos de potencial a los cuales ocurren las reacciones de oxidación y de reducción involucradas en el proceso. Para investigar el efecto que tiene la relación molar CN/Cu, la temperatura, la velocidad de rotación del electrodo y la adición de aditivos sobre los perfiles anódicos y catódicos del sistema zamac-CuCN-H2O, se utilizaron las técnicas electroquímicas de voltametría cíclica y voltametría lineal, empleando un electrodo de disco rotatorio. Los resultados indican que probablemente el tricianuro de cobre (Cu(CN)32) es el complejo de cobre más estable y predominante en el sistema de electrodeposición de cobre sobre la aleación zamac, bajo las diferentes condiciones estudiadas
Contribución a la interpretación del efecto de sinergia de catalizadores para reacciones de hidrodesulfuración e hidrogenación
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Pinzón Cárdenas, María Helena; Giraldo Duarte, Sonia Azucena; Centeno Hurtado, Aristóbulo; Delmon, Bernard; Montes, Consuelo; Ramírez García, Álvaro
La industria de petróleo enfrenta estrictas regulaciones que se imponen a los combustibles en cuanto a contenido de azufre y aromáticos. El hidrotratamiento (HDT) es una de las alternativas más importantes para la reducción de estos compuestos, que se viene desarrollando integrando avances tecnológicos tanto en el área de proceso así como en la de desarrollo de los catalizadores. Este trabajo se enfoca a la interpretación de algunos parámetros que contribuyen al efecto de sinergia de sistemas bimetálicos no convencionales. En este trabajo se estudió el efecto de la relación atómica Pt/(Pt+Mo), el contenido de metales y las características del soporte (alúmina) sobre la actividad y sinergia en las reacciones de HDT. Catalizadores Pt-Mo soportados sobre diferentes gama alúmina comerciales fueron preparados, caracterizados y evaluados en reacciones simultáneas de hidrodesulfuración de dibenzotiofeno e hidrogenación de naftaleno. La caracterización de los catalizadores se realizó mediante Quimisorción de CO, distribución de afinidad protónica (PAD) y Adsorción de NO por Espectroscopia Infrarrojo. La relación atómica Pt/(Pt+Mo) influye drásticamente sobre el comportamiento catalítico y la formación de sitios activos es destacable a bajos contenidos de metales en los catalizadores. Los resultados de caracterización sugieren que el comportamiento de estos catalizadores es debido a un mejoramiento en la dispersión de las especies activas sobre el soporte, la cual se obtuvo a bajo contenido de metales y una relación atómica específica. La composición química superficial de la alúmina influye sobre la dispersión y podría estar asociada con una interacción específica entre el Pt y los grupos OH superficiales de la alúmina, así como también, con la formación y distribución de la fase activa de Mo expuesta sobre la superficie del soporte.
Contribución a la interpretación del efecto de sinergia de catalizadores para reacciones de hidrodesulfuración e hidrogenación
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Pinzón Cárdenas, María Helena; Giraldo Duarte de León, Sonia Azucena; Centeno Hurtado, Aristóbulo
La industria de petróleo enfrenta estrictas regulaciones que se imponen a los combustibles en cuanto a contenido de azufre y aromáticos. El hidrotratamiento (HDT) es una de las alternativas más importantes para la reducción de estos compuestos, que se viene desarrollando integrando avances tecnológicos tanto en el área de proceso así como en la de desarrollo de los catalizadores. Este trabajo se enfoca a la interpretación de algunos parámetros que contribuyen al efecto de sinergia de sistemas bimetálicos no convencionales. En este trabajo se estudió el efecto de la relación atómica Pt/(Pt+Mo), el contenido de metales y las características del soporte (alúmina) sobre la actividad y sinergia en las reacciones de HDT. Catalizadores Pt-Mo soportados sobre diferentes gama alúmina comerciales fueron preparados, caracterizados y evaluados en reacciones simultáneas de hidrodesulfuración de dibenzotiofeno e hidrogenación de naftaleno. La caracterización de los catalizadores se realizó mediante Quimisorción de CO, distribución de afinidad protónica (PAD) y Adsorción de NO por Espectroscopia Infrarrojo. La relación atómica Pt/(Pt+Mo) influye drásticamente sobre el comportamiento catalítico y la formación de sitios activos es destacable a bajos contenidos de metales en los catalizadores. Los resultados de caracterización sugieren que el comportamiento de estos catalizadores es debido a un mejoramiento en la dispersión de las especies activas sobre el soporte, la cual se obtuvo a bajo contenido de metales y una relación atómica específica. La composición química superficial de la alúmina influye sobre la dispersión y podría estar asociada con una interacción específica entre el Pt y los grupos OH superficiales de la alúmina, así como también, con la formación y distribución de la fase activa de Mo expuesta sobre la superficie del soporte.

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