Ingeniería Metalúrgica

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Análisis de diferentes mecanismos de daño por hidrógeno presentes en un reactor de una planta de hidrotratamiento en una refinería
(Universidad Industrial de Santander, 2022-03-29) Orduz Núñez, Juan Sebastián; Martínez Moreno, Aldair; Pérez Ceballos, Ana María; Zabala Capacho, Luis Eduardo; Rincón Ortiz, Mauricio; Blanco Vásquez, Sergio Ismael
En la actualidad, la industria Oil and Gas invierte gran capital en mitigar o eludir incidentes ocasionados por los múltiples mecanismos de daño presentes en la extracción, producción, refinación y transporte de hidrocarburos, debido a que contienen múltiples unidades de procesamiento y cada una de ellas mantiene su propia combinación de corrientes de proceso y condiciones de temperatura y/o presión. Las refinerías cuentan con unidades de hidroprocesamiento y se compone por plantas de hidrotratamiento e hidrocraqueo, siendo la planta de hidrotratamiento la encargada de mejorar la calidad de hidrocarburos ligeros y pesados, utilizando reactores que están sujetos a ambientes ricos en hidrógeno a temperaturas y presiones elevadas, ocasionando que sean susceptibles a HTHA y HE, causando fallas repentinas, debido a los agrietamientos y debilitamientos en las propiedades mecánicas, a su vez, el HTHA y HE que si bien han sido ampliamente estudiados no hay una posición general sobre el “por qué” de la falla. Por lo tanto, esta investigación se enfocó en identificar los fenómenos fisicoquímicos en HTHA y HE con el fin de reconocer los factores críticos (material, microestructura, temperatura, presión) que afectan directamente a los equipos, asimismo de utilizar normas API para la creación de criterios en susceptibilidad a la falla por HTHA y HE en los reactores de la planta de parafinas de la refinería de Barrancabermeja.
Diseño de una caja de guantes para el ensamblaje de baterías de ion litio en un ambiente controlado
(Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01) Bautista Bueno, Daniel Mauricio; Romero Flórez, Juan José; Vargas Ceballos, Óscar Andrés; Viáfara Arango, Cristian Camilo; Blanco Vásquez, Sergio Ismael
La transición mundial hacia las energías sostenibles, limpias y renovables es un hecho que conlleva la búsqueda de baterías más eficientes en cuanto a tamaño, capacidad de almacenamiento y velocidad de carga. Dado que las baterías contienen componentes altamente reactivos con el aire y la humedad, se hace necesario generar un ambiente controlado para su experimentación y fabricación. En el presente documento se muestra la búsqueda y análisis de características de equipos presentes en el mercado y, a partir de ellas, la elaboración de diferentes propuestas de diseño que son evaluadas por medio de simulaciones con el software SolidWorks, definiendo así la mejor geometría, su resistencia mecánica y unas condiciones seguras, cómodas y confiables para el operador del equipo, dando como resultado el diseño de una caja de guantes probada mediante la simulación y que cumple con requisitos ingenieriles. Además, como agregado y haciendo uso del software GRANTA EduPack se realiza un análisis para brindar una serie de materiales que pueden ser usados para la fabricación de la caja de guantes en reemplazo de los establecidos en el proyecto.
Diseño de una guía de práctica para laboratorio de procesos de fundición usando un horno de inducción y máquina de impresión 3D para obtener componentes metálicos
(Universidad Industrial de Santander, 2024-02-13) Araque Prada, Cristian Bianey; González Hernández, Andrés Giovanni; Pérez Ceballos, Ana María; Blanco Vásquez, Sergio Ismael
La impresión 3D o fabricación aditiva es un proceso que aporta eficientemente a la fundición moderna en la producción piezas metálicas de alta calidad siendo una herramienta útil para crear de manera rápida modelos con geometrías complejas y reduciendo técnicas de mecanizado en su acabado final. En el siguiente trabajo de grado se ve descrito el desarrollo, la elaboración y la implementación de cada una de las guías de laboratorio basadas en los ensayos realizados buscando un mayor aprendizaje práctico a estudiantes de Ingeniería Metalúrgica de la Universidad Industrial de Santander como complemento al componente teórico de la materia de procesos de moldeo y de fundición. Todas las piezas fueron impresas en material de PLA, algunas de estas se utilizaron como modelos en el proceso de moldeo en arena y las demás como modelos en el proceso de cera perdida enfocándose en el buen desarrollo de la práctica. Estos ensayos se realizaron en un horno de inducción Galloni Furnace, el cual permitió que el proceso de fundición fuera de manera más rápida en metales con diferentes puntos de fusión. Cabe resaltar la ejecución de ensayos preliminares en cada práctica que permitieron conocer y manejar los parámetros, tiempos, costos y materiales requeridos para la ejecución de la experiencia de laboratorio con los estudiantes de la asignatura. Adicionalmente, se participó en clases educativas tanto a los estudiantes de procesos de moldeo como de procesos de fundición en el manejo, manipulación y uso adecuado de la impresora 3D y del horno de inducción en compañía del profesor. Por último, se realizó una práctica de laboratorio utilizando un molde metálico en acero para la elaboración de una pieza en Zamak. Se obtuvo en cada proceso de fundición las piezas metálicas propuestas con resultados concluyentes buenos y satisfactorios para la elaboración de cada práctica de laboratorio
Diseño de una planta de beneficio de minerales auríferos para las minas Cálamo y Manantial ubicadas en el municipio de San Roque, Antioquia.
(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-10) García Lerma, Laura Alejandra; Monsalve Barragán, Steffany; Pardavé Livia, Walter; Delvasto Angarita, Pedro Luis; Blanco Vásquez, Sergio Ismael
En el presente proyecto se diseñó una planta de tratamiento de mineral aurífero proveniente del departamento de Antioquia, Para ello se realizó una caracterización del mineral a través de pruebas físicas y químicas como ensayo al fuego, análisis granulométricos con el fin de determinar la composición del mineral; Además se realizó la caracterización granulométrica utilizando la mesa Wilfley donde posteriormente se obtuvo tenores de 24,08 g/Ton de oro. Teniendo en cuenta este tenor de oro se procedió a realizar pruebas de cianuración por agitación con el fin de realizar un aprovechamiento mayor del mineral, así mismo se realizó un proceso de lixiviación y diagnóstico lo que arrojó que el mineral procedente de esta zona que es difícilmente lixiviable. Teniendo en cuenta los resultados de las pruebas se realizó un diseño CAD 3D donde se plantea esquemática y específicamente cada uno de los procesos de extracción junto con la capacidad que se requiere para la extracción de 200TPD. Finalmente se proponen métodos de recuperación del mineral y los posibles usos que se le dan al mismo, esto con el fin de no generar desechos tóxicos.
Efecto de la Reactividad De Crudos Pesados Colombianos sobre la Corrosión del Acero al Carbono API P-110 en condiciones de Acuatermólisis Catalítica
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-12) Baena Jaimes, Ivon Mayerly; León Bermúdez, Adán Yovani; Peña Ballesteros, Darío Yesid; León Naranjo, Paola Andrea; Orozco Agámez, Juan Carlos; García Vergara, Sandra Judith; Blanco Vásquez, Sergio Ismael
Con el propósito de evaluar los fenómenos corrosivos en los procesos que facilitan la extracción de crudo pesado y extrapesado, se evaluó la velocidad de corrosión de un acero al carbono en un ambiente que simula las condiciones del proceso de acuatermólisis catalítica. Las reacciones de acuatermólisis, permiten la ruptura de cadenas de hidrocarburos, como resultado de la temperatura del yacimiento, los minerales de la matriz y la presencia de iones en el agua. La adición de catalizador al proceso permite inhibir la polimerización ácida, aumentando la velocidad de reacción y estabilizando los radicales libres. Sin embargo, la corrosión siempre ha sido un problema en los materiales que son expuestos a estos ambientes agresivos. Según la NACE en la industria petrolera la corrosión es la causa de más del 25% de las fallas. Reparar o sustituir tuberías corroídas a la industria le cuesta más de US$7.000 millones al año. Por lo tanto, este estudio buscó evaluar el efecto que tiene la reactividad de 3 crudos pesados colombianos en un acero al carbono API P110 en condiciones de acuatermólisis catalítica, mediante pruebas experimentales realizadas en un reactor tipo batch. Se analizó que sucede con el acero cuando se ejecuta el proceso de acuatermólisis convencional en presencia del naftenato de hierro a 270°C, 880 psi y 69 horas como condiciones de operación. Para la cinética de la corrosión se seleccionó el crudo A con las mismas condiciones de temperatura y presión, variando el tiempo de exposición. Para la determinación de la velocidad de corrosión se utilizó la técnica de gravimetría discontinua, mientras que para la morfología, composición química y distribución de los productos de corrosión se analizaron por medio SEM-EDS y DRX. Cuando se ejecutó el proceso de acuatermólisis catalítica se favoreció la formación de una capa protectora de productos de corrosión sobre la superficie del acero API P110, el naftenato de hierro actúa como un inhibidor en el proceso. Además, como consecuencia, la velocidad de corrosión disminuyó con el tiempo hasta llegar al punto de pasivación del material.
Evaluación de la posibilidad de producir un material catódico a partir del reciclaje de baterías ion litio gastadas
(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-09) Quitián Rojas, Angie Juliana; Rodríguez Angarita, Nicolás; Vargas Ceballos, Óscar Andrés; Delvasto Angarita, Pedro Luis; Blanco Vásquez, Sergio Ismael; Ardila Santamaría, Nadia Mayerly
El presente trabajo tuvo como objetivo producir un óxido metálico con características apropiadas para funcionar como material catódico de baterías tipo ion-litio, partiendo del reciclaje de baterías gastadas de celular. Los metales de interés fueron recuperados a partir de un proceso hidrometalúrgico de lixiviación que presentó eficiencias de 65% Co y 87% Mn, usando 1.25M de ácido cítrico, peróxido de hidrógeno (H2O2), una relación S:L de 20 g L−1, agitación ultrasónica y un intervalo de tiempo de 1h. La temperatura y concentración de peróxido de hidrógeno se establecieron al realizar un diseño experimental del tipo 22 para determinar la mejor combinación de estas variables que maximice la lixiviación de cobalto, siendo a 70°C y 1% en volumen de H2O2 la condición con la cual se obtuvo 0.017 M de cobalto en solución. Por el método sol-gel de Pechini se resintetizó un óxido con estructura perteneciente al sistema cúbico (grupo espacial Fd3m) identificada por difracción de rayos X. El gel precursor se obtuvo al mezclar magnéticamente el producto de la lixiviación con ácido cítrico y etilenglicol, a 90°C por 24h, seguido de un secado y calcinación a 500°C y 900°C por 10h, respectivamente. Finalmente, se evaluó electroquímicamente en electrolito acuoso 1M Li2SO4 mediante pruebas de voltamperometría cíclica en un rango de potencial de 0.2-1.2 V (vs Ag/AgCl) exhibiendo un pico de oxidación a 0.85 V y de reducción a 0.65 V (vs Ag/AgCl).
Evaluación del desempeño de reactores electroquímicos para recuperación de mercurio en efluentes hídricos a partir de la herramienta computacional Comsol Multiphysics®
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-13) Fiallo Correa, Jhon Sebastian; Ruiz Lizarazo, Jeferson Owaldo; Pedraza Avella, Julio Andrés; Delvasto Angarita, Pedro Luis; Blanco Vásquez, Sergio Ismael
En este trabajo se realizó una revisión bibliográfica para preseleccionar los reactores más destacables en sus áreas de aplicación y escoger tres (3) reactores electroquímicos. Los reactores escogidos fueron modelados en CAD a través de la herramienta SolidWorks® y evaluados en igualdad de condiciones de operación a través de la herramienta Comsol Multiphysics® 5.6, finalmente se comparó su capacidad de remoción de mercurio iónico Hg (II) y se estudió la influencia de la geometría en la densidad de corriente terciaria. Se determinó que el reactor de lecho fluidizado es la mejor opción para la remoción de Hg (II) con una recuperación de 50.5% respecto a la concentración inicial; se concluye que la naturaleza del reactor favorece la reacción electroquímica al forzar al fluido a entrar en contacto con las paredes del electrodo logrando que una mayor fracción del fluido reaccione. Se estableció que una mayor velocidad del fluido implicará una mayor densidad de corriente terciaria, lo cual indica un mayor transporte y balance de carga; adicionalmente, mayores valores en la densidad de corriente indican un mayor transporte de masa en el electrolito y la superficie del electrodo. Dada la influencia que tiene la geometría del reactor en la velocidad del fluido, fue posible afirmar que el diseño geométrico del reactor posee una influencia directa sobre la eficiencia general del sistema al afectar la velocidad del fluido y por ende la distribución de corriente terciaria, la cual considera en transporte de carga y masa en el reactor.
Evaluación preliminar de huella de carbono de planta de procesamiento de minerales auríferos de vetas Santander
(Universidad Industrial de Santander, 2024-02-26) González Carvajal, Maykell Sneyder; Otero Castillo, Vivian Gabriela; Pardavé Livia, Walter; Blanco Vásquez, Sergio Ismael; Palacios, Jhon Freddy
Se presenta en el siguiente trabajo de grado la “EVALUACIÓN PRELIMINAR DE HUELLA DE CARBONO DE PLANTA DE PROCESAMIENTO DE MINERALES AURÍFEROS DE VETAS SANTANDER” en la mina Reina de Oro, mediante un estudio y exhaustivo análisis metalúrgico evaluando métodos de balance de materiales, factores de emisión y la formulación de planes con base a la mitigación de este factor ambiental, logrando así identificar las emisiones de CO2. Para ejecutar este proyecto se lleva a cabo una investigación documental en la cual diferentes autores se enfocan en este mismo tema de la mano con una visita técnica con el fin de identificar cada uno de los procedimientos, maquinarias y consumos de estas, dando valor agregado al alcance de emisiones directas e indirectas que afectan la región y la planta. Con los datos suministrados por la empresa, una estimación de la huella de carbono fue de 27292.421((Kg de CO_2)/día) se muestra como aceptable, pues representa el 0.00018% de la huella de carbono en Colombia, como trabajo adicional se plantean dos propuestas con el fin de contribuir en la mitigación de la huella de Carbono en el beneficio de minerales de oro de la minera Reina de Oro ubicada en Vetas, Santander.
Investigación documental de procesos para transformar residuos electrónicos en precursores para catalizadores y su conceptualización
(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-13) Zarza Ruiz, Daniel Joaquín; Delvasto Angarita, Pedro Luis; Blanco Vásquez, Sergio Ismael; Pardavé Livia, Walter
Una de las principales problemáticas que tienen los seres humanos en este siglo, es el consumo masivo de dispositivos electrónicos y su disposición final en vertederos o afluentes. Colombia ya ha intentado poner cartas en el asunto para mitigar el impacto que generan las pilas y baterías desechadas con su programa pilas con el ambiente, sin embargo, no ha sido suficiente, puesto que, no existen muchas industrias que encuentren valor en estos residuos; no obstante, este documento realiza una profunda revisión bibliográfica acerca de tecnologías existentes para el tratamiento, la recuperación y una aplicación latente para estos. Las revisiones documentales realizadas en este trabajo, entregan cartas de solución a todo aquel que quiera ver como las pilas y baterías son lixiviadas para recuperar las especies más valiosas dentro de ellas y con estas mismas sintetizar catalizadores, una aplicación que trae un valor económico alto y un impacto ambiental intrínseco positivo. Este proyecto arroja unos modelos de escalabilidad industrial con esquemas que detallan metodológicamente como convertir residuos sin valor de 3 tipos de pilas y batería (Zn-MnO2, Ni-MH y Li-ion), en materiales con aplicaciones catalíticas en la degradación del azul de metileno, descomposición de moléculas de hidrocarburos y tratamiento para aguas residuales.
Revisión del estado del arte sobre el uso de la inteligencia artificial para el estudio de la corrosión de metales
(Universidad Industrial de Santander, 2024-07-29) Flórez García, Daniel Sain; Meza Delgado, Mauricio; Peña Ballesteros, Darío Yesid; Blanco Vásquez, Sergio Ismael; Galán Pinilla, Carlos Andrés
El presente trabajo de grado, titulado “Revisión del estado del arte sobre el uso de la inteligencia artificial para el estudio de la corrosión de metales” tiene como propósito estudiar las distintas metodologías de Inteligencia Artificial (IA), utilizadas para identificar el fenómeno de la corrosión de una manera cualitativa y sus distintas formas. El objetivo general consiste en investigar el estado actual del arte en el ámbito del uso de la inteligencia artificial para analizar y comprender la corrosión de metales. La presente investigación de acuerdo con el enfoque de los objetivos específicos dispuestos busca proporcionar una revisión bibliográfica integral que oriente el desarrollo y la aplicación de nuevas técnicas y metodologías en este campo e identificar los distintos avances, limitaciones y parámetros de la inteligencia artificial aplicada al estudio de la corrosión. Esta revisión, culmina con una comparativa entre las metodologías de inteligencia artificial, destacando el subcampo del Machine learning, donde se subdivide en métodos de aprendizaje supervisado, no supervisado y el aprendizaje de refuerzo, analizando su empleabilidad, eficacia y recomendaciones por parte los autores, así como argumentativas por parte del presente análisis realizado.

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