Ingeniería Química
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Item Análisis de la producción de hidrógeno electrolítico a partir de excedentes de electricidad en los horarios fuera de punta de carga en el Paraguay.(Universidad Industrial de Santander, 2014-02-14) Contreras Torres, Paola Andrea; Montes Páez, Erik Giovany; Galeano Espínola, Michel Osvaldo; Barajas Ferreira, Crisostomo; Kafarov, ViatcheslavEn este proyecto de investigación se analizaron las condiciones óptimas de operación de electrolizadores de membrana de intercambio protónico (PEM) en el sistema Interconectado Nacional de Paraguay. Las condiciones de las densidades de corrientes, entre las más importantes, se evaluaron a partir de los resultados gráficos obtenidos producto de una simulación; dichos resultados permitieron determinar el comportamiento funcional de estos dispositivos en el contexto de la producción de hidrógeno electrolítico con base en los excedentes de potencia de la curva de carga. Una vez obtenidos los datos en la simulación se pudo determinar las condiciones de operación de las densidades de corriente más efectivas en términos de costo y producción de hidrógeno con el objeto de optimizar el sistema. Los resultados demostraron que, en los periodos diurnos de alta disponibilidad de electricidad excedente, se obtiene una densidad de corriente más baja (congruente con los rangos encontrados en la bibliografía) que oscila entre en un rango de 10 a 30 [kA/m2] para operar a unas condiciones adecuadas. Esta relación directa entre densidad de corriente y costos de producción del hidrógeno sugiere lo importante de optimizar la operación de electrolizadores en función de la disponibilidad de energía. Se concluyó que este tipo de proyectos representa una iniciativa pionera y un modelo para el desarrollo del hidrógeno como recurso energético en el Paraguay.Item Análisis del Ciclo de Vida de un Sistema Integrado con Gasificación y Co-digestión Anaeróbica en Condiciones Psicrotróficas(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-26) Romero Melo Laura Camila; Ardila Beltrán Isabel Daniela; Escalante Hernández, Humberto; Castro Molano, Liliana Del Pilar; Jaimes Estévez, Jaime; Barajas Ferreira, Crisostomo; Lopez Contreras, Yuly FernandaEl objetivo de este estudio fue evaluar los beneficios ambientales de un sistema que emplea digestión anaeróbica (DA) y gasificación (GS) por medio del análisis del ciclo de vida (ACV). Se han desarrollado diferentes investigaciones sobre ACV en la digestión anaeróbica, pero ninguno contempla la gasificación como integración energética. Como caso de estudio, se consideró la finca Santa Rosa, ubicada en el municipio de Cáchira(Norte de Santander), donde se presentan temperaturas de 17.3 °C ± 3.3. La finca cuenta con 13 cabezas de ganado, las cuales producen 80 L/d de leche que son destinados para la producción de queso (1.5 ton/año) y diferentes cultivos que son tratados con fertilizantes sintéticos. Además, la finca cuenta con un biodigestor de 8m3 que es alimentado con 34.5 L/d de una mezcla de estiércol bovino y lactosuero en proporción 3:7, lo cual equivale a una velocidad de carga orgánica (VCO) de 0.5 kg SV/m3d y un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 150 días. Como integración energética, en la finca se dispuso de un gasificador con capacidad de carga de 40 kg de materia orgánica para la combustión de madera de pino. Se evaluó el efecto del biocarbón de madera de pino como soporte orgánico en la bioquímica y microbiología del proceso. Se obtuvo una bioconversión de la DQO de 86.9%; se alcanzaron remociones de AGVs del 91.86%; mientras que, con la adición del biocarbón de madera de pino los rendimientos incrementaron en un 42.4%, 21.2 y 29.7% para la tasa de producción de biogás, producción específica de biogás y producción específica de metano, respectivamente. En cuanto a los impactos ambientales, la integración energética redujo los impactos asociados al cambio climático en un 85%. Se reemplazó en su totalidad el uso de fertilizantes sintéticos por digestato y el uso de recursos fósiles se redujo en un 93.7% gracias al biogás y gas de síntesis.Item Aplicación de redes neuronales artificiales en la aparición de fallas en una unidad de destilación de petróleo(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-07) Acevedo Hernández, Juan Camilo; Ramírez Monsalve, David Stiven; Morales Medina, Giovanni; Barajas Ferreira, Crisostomo; Ramírez Caballero, Gustavo EmilioEste trabajo implementó un modelo computacional de redes neuronales artificiales en la predicción de fallas en la operación de una unidad de destilación de petróleo. Para el desarrollo de la red neuronal se utilizó el programa de uso libre Python. Una base de datos de operación para una unidad de destilación industrial fue recopilada durante una ventana de tiempo. Se realizó una depuración de la base de datos analizando valores atípicos y variables colineales; se analizaron los comportamientos de las variables no colineales en estado normal y en estado con fallas. Con los datos ya consolidados se realizó la codificación, el entrenamiento y la validación de diferentes estructuras de redes neuronales artificiales; se analizaron los comportamientos de cada red entrenada mediante el cálculo de los desempeños MSE y R2 para la selección de las arquitecturas de red neuronal artificial con mejores desempeños de detección y diagnóstico de fallas de la unidad. Según los resultados, la red de mejor desempeño fue la red neuronal entrenada para diagnóstico de fallos, con una arquitectura 15:12:1 para la cual se definió la función de activación tangente hiperbólica.Item Caracterización de componentes provenientes de diferentes residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE)(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-15) Mantilla Moreno, Anasol; Guardiola Delgado, Luis Daniel; Viejo Abrante, Fernando; Rueda Reyes, Laura Marcela; Barajas Ferreira, Crisostomo; Kafarov, ViatcheslavEl modelo económico actual ha generado un gran problema ambiental a causa de la acumulación de residuos, el uso desmedido de plásticos y la falta de aprovechamiento de productos al final de su vida útil. Cada año se producen 50 millones de toneladas de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE), los cuales están compuestos en promedio por un 21% de plástico. Bajo el concepto producción y consumo responsable, la industrial de reciclado RAEE empieza a tener una mayor relevancia, tomando en cuenta el incremento del uso de tecnología en nuestras vidas. Con la finalidad de promover la producción y consumo responsable, en este trabajo se realizó un estudio de caracterización fisicoquímica y térmica para determinar las propiedades de componentes plásticos RAEE, permitiendo así aumentar su valor en el mercado del reciclaje. Inicialmente, se realizó la clasificación de los elementos mediante el uso de un sistema de separación simple y económico, después se validó su composición mediante el uso de espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR). Posteriormente, se determinaron las propiedades térmicas mediante un análisis termogravimétrico (TGA), bajo la norma ASTM D3850; un análisis de calorimetría diferencial de barrido (DSC), bajo la norma ASTM D3418; y pruebas experimentales de punto de fusión. Finalmente, se realizaron pruebas de resistencia a reactivos químicos según la norma ASTM D543-21. A partir de las pruebas realizadas y la información obtenida, se confirmó que el protocolo de clasificación sirve para la identificación de plásticos RAEE, y en base a esta clasificación, se descartó uno de los 4 equipos seleccionados debido a la complejidad de sus materiales. Se determinó la composición de los componentes de cada RAEE (ABS, HIPS, PC) y se encontró uniformidad entre sus propiedades fisicoquímicas y térmicas. Como producto final de este proyecto, se creó una ficha técnica para cada uno de los materiales estudiados.Item Categorización de equipos que drenan sustancias hidrocarbúricas en la planta de craqueo catalítico Orthoflow de Ecopetrol S.A, con miras a la mitigación del riesgo asociado a atmósferas explosivas(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-02) Moreno Vitta, Jhon Edward; Laverde Cataño, Dionicio Antonio; Barajas Ferreira, Crisostomo; Morales Medina, GiovanniEn la industria de Oil & Gas, las prácticas de drenaje de hidrocarburo fuera de los estándares establecidos representan un riesgo para la salud, la seguridad y el medio ambiente. Es el caso para la planta de craqueo catalítico ORTHOFLOW ubicada en la refinería de Ecopetrol en Barrancabermeja, Colombia. La presencia de hidrocarburo volátil en el sistema de aguas aceitosas favorece la generación de vapores de hidrocarburo los cuales son altamente inflamables, generando posibles incidentes al interior de la empresa, irrumpiendo con la correcta operación. Como referencia, es importante mencionar el hecho ocurrido en el año 2021, cuando se presentó una detonación en 3 cajas aceitosas situadas en la planta de craqueo catalítico ORTHOFLOW, debido a una práctica inadecuada de drenaje de hidrocarburo hacia el sistema de agua aceitosas, propiciando un ambiente ideal para que se generara una explosión; cabe aclarar que este incidente menor no dejó personal afectado, únicamente las tapas de las cajas. A raíz de esta situación, surge la necesidad de identificar las oportunidades relacionadas con las sustancias drenadas al sistema de aguas aceitosas, con el fin de evitar la presencia de atmósferas explosivas que conlleven a futuros incidentes. Con miras a la solución de esta problemática, se realizaron levantamientos en campo de drenajes, tomamuestras y tuberías de aguas aceitosas, muestras de laboratorio, reuniones con operarios, supervisores, ingenieros y jefes de esta planta de craqueo catalítico; con el fin de identificar los equipos que presentan oportunidades a la hora de drenar su contenido cargado de hidrocarburos.Item Diseño de un Objeto Virtual de Aprendizaje (OVA) Como Herramienta de Apoyo en Procesos de Enseñanza en el Tema de Reducción de la Huella de Carbono(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-15) Alquichire Gómez, Juliana Marcela; Ayala Amaris, Maria Camila; Morales Medina, Giovanni; Barajas Ferreira, Crisostomo; Benavides Prada, Omar AndresProyecto de grado que tiene como objetivo diseñar un OVA como recurso tecnológico virtual para la enseñanza del tema de la Huella de Carbono a en estudiantes de ingeniería química con quienes se implementó y se evaluó en cuestiones como: apropiación del conocimiento, uso y pertinencia como recurso para el aprendizaje. Las motivaciones e intereses para realizar un proyecto de grado sobre esta temática surgen del hecho de que en la actualidad el mundo y la humanidad se enfrentan a fenómenos climáticos, el calentamiento global, el efecto de las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). En este sentido la reducción de la huella de carbono es uno de los métodos para lograr metas ambientales propuestas en distintas cumbres mundiales: Rio de Janeiro, Tokio, París, entre otras. A nivel metodológico el proyecto es descriptivo, enfoque cualitativo y diseño de investigación aplicado. Se diseñó un OVA, que consta de cuatro (4) módulos: Introducción a la huella de carbono; normatividad y evolución histórica; medición de la huella de carbono y reducción de la huella de carbono. La evaluación del OVA reporta que es útil y pertinente para los propósitos del aprendizaje y construcción del conocimiento, la modificabilidad cognitiva y la integración de las TIC como recurso para el aprendizaje.Item Implementación de un sistema para la obtención de agua desmineralizada para el laboratorio 210 PTG UIS.(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-04) Lancheros Benítez, Stiven Mauricio; Franco Castro, Cristian Fernando; Muvdi Nova, Carlos Jesús; González Téllez, Juan Carlos; Barajas Ferreira, Crisostomo; Mendoza, Jesús ManuelCon este Trabajo de grado se puso en marcha un sistema para la obtención de agua desmineralizada, que proporcione flexibilidad e independencia a los procesos que se desarrollan al interior del laboratorio. Dicho sistema de desmineralización de agua está fundamentado en resinas de intercambio iónico instaladas dentro de carcasas existentes en el laboratorio 210 del EDI PTG UIS. El agua obtenida se evaluó en base a la norma establecida por la American Society for Testing and Materials (ASTM). Se realizó un inventario de elementos disponibles para el sistema en el cual se detectó la necesidad de una válvula para la entrada de agua y la instalación de un filtro antes del sistema de desmineralización. Se determinó que las resinas al interior de las carcasas se encontraban en buenas condiciones para ser usadas; también se establecieron soluciones de NaOH al 4% p/p como regenerante para la resina catiónica y de HCl al 6% p/p para la resina aniónica. Además, se fijaron condiciones de operación después de una serie de pruebas; dichas condiciones son: presión de 12 psi y un caudal de salida de 1,72 L/min para un tiempo de funcionamiento aproximado de 7 min en el cual se logra obtener un agua con conductividad de 3 µS/cm, turbidez de 0,1 NTU y un pH de 7,2 dando así un agua tipo IV según la norma de la ASTM.Item Puesta en Marcha y Evaluación de una Unidad Piloto de Gasificación Tipo Downdraft Utilizando Cacota de Cacao.(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-13) Coral Villota, Luis Manuel; Cortés Franco, Paula Alejandra; Nabarlatz, Débora Alcida; Vecino Mantilla, Juan Sebastián; Peñuela Carrillo, Laura Patricia; Barajas Ferreira, Crisostomo; Lambis Benítez, Luis EnriqueEn Colombia se producen alrededor de 69 mil toneladas de cacao al año, siendo la cáscara de cacao un residuo agrícola que representa entre el 52 y 70% del peso húmedo del fruto, por lo que se ve la necesidad de utilizar una tecnología atractiva para la conversión de residuos agrícolas a productos con mayor valor agregado. Este proyecto de investigación tiene como objetivo evaluar el funcionamiento de la unidad piloto de gasificación tipo downdraft utilizando cacota de cacao, (CLON FEC-2). Se realizó el acondicionamiento de la materia prima, garantizando un tamaño de partícula entre 4,75-9,45 mm y una humedad del 6,64% (g de agua/g de biomasa), con la finalidad de evaluar su funcionamiento con respecto a la relación de equivalencia (ER), utilizando aire como agente gasificante. Durante la puesta en marcha se establecieron los protocolos de operación y seguridad del equipo para verificar el correcto funcionamiento de la unidad piloto y así garantizar la reproducibilidad de las pruebas. Los estudios se llevaron a cabo utilizando tres niveles de ER (0,15-0,22-0,29), y se obtuvo que, al incrementar la ER, la temperatura en la zona de combustión pasó de 628 a 717°C, mostrando también un incremento en la fracción molar de H2 y CO de 9,12-12,22% y 7,34-10,76% en el syngas, respectivamente. Para valores de ER igual a 0,22 y 0,29, se obtienen tiempos de operación alrededor de los 45 minutos y se genera un syngas con un poder calorífico inferior (LHV) igual a 4,23 y 3,84 𝑀𝐽/𝑁𝑚3, respectivamente, en cambio, para el valor de ER igual a 0,15, se encuentra un LHV menor igual a 3,58 𝑀𝐽/𝑁𝑚3, una relación H2/CO, igual a 1,26 y un tiempo de operación alrededor de los 80 minutos. A partir de los resultados obtenidos, la cáscara de cacao demuestra un alto potencial para ser utilizada como biocombustible sólido en procesos de gasificación.Item REMOCIÓN DE ANIONES DE NITRATO Y FOSFATO PRESENTES EN LAS AGUAS RESIDUALES PROVENIENTES DEL SECTOR AGRÍCOLA POR ADSORCIÓN REVISIÓN SISTEMÁTICA(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-15) Quevedo Lozano, Mario; Villa Lobo, Frank; Duarte Duarte, Diana Paola; Viejo Abrante, Fernando; Sánchez Torres, Viviana; Barajas Ferreira, CrisostomoResumen Debido al elevado crecimiento poblacional y demanda de alimento, el uso de fertilizantes en 2019 fue 4 veces la cantidad usada en 1960. El uso excesivo de estas sustancias, ricas en nitratos y fosfatos, causan eutrofización, fenómeno que genera el crecimiento descontrolado de algas acuáticas, resultando en hipoxia en los cuerpos hídricos. Entre los tratamientos que existen para remover estos nutrientes, se destaca la adsorción, por tener altos porcentajes de remoción, ser económico y de fácil control. En este trabajo los autores siguieron el protocolo PRISMA para realizar una revisión sistemática de literatura, publicada entre 2016 y 2021, sobre la adsorción de nitrato y fosfato en aguas residuales agrícolas. Entre los principales hallazgos se destacan que: 1) la mayoría de materiales tienen matrices basadas en estructuras carbonosas, poliméricas u óxidos/hidróxidos de metales; 2) en algunos casos su fuente puede ser económica y tener métodos de síntesis relativamente sencillos 3) poseen alta área superficial y pueden ser modificados con fases activas metálicas y orgánicas que mejoran sus propiedades adsorbentes; 4) las variables operativas son temperatura, pH del medio, concentraciones iniciales de adsorbato, iones competencia y dosis de adsorbente y 5) los mecanismos más comunes de adsorción son la interacción electrostática entre aniones y grupos protonados en la superficie del material, y la interacción química por intercambio de ligandos y enlaces químicos. Finalmente, este trabajo permitió identificar tendencias, aspectos claves y desafíos futuros relacionados con los materiales actualmente usados para la adsorción de nitratos y fosfatos en aguas residuales del sector agrícola.Item Revisión Sistemática de Tecnologías para Captura de CO2(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-15) Velandia Charris, Laura Andrea; Puentes Quiroz, Lidia Esther; Guevara Lastre, Cesar Augusto; Benavides Prada, Omar Andres; Barajas Ferreira, Crisostomo; Kafarov, ViatcheslavEl aumento de emisiones de gases de efecto invernadero debido al desarrollo industrial ha causado un rápido incremento en la temperatura global, generando el grave problema del calentamiento global. Para abordar esta crisis, se requieren estrategias eficientes, eco-amigables y económicas. El CO2, principal gas implicado, ha impulsado una amplia investigación en métodos de captura para mitigar sus efectos nocivos en el medio ambiente. En este estudio, se realizó una revisión sistemática según la metodología PRISMA, con el fin de identificar las fortalezas y desafíos principales de cuatro tecnologías de captura de CO2 (membrana, absorción, adsorción y desorción) investigadas. Se evidenció que absorción y adsorción son las tecnologías más estudiadas, con avances notables a lo largo de los años. La absorción centra la atención de sus investigaciones en el diseño de nuevos materiales de aminas y líquidos iónicos para mejorar la capacidad de captura y reducir costos de energía. La adsorción incorpora otros procesos como la irradiación por microondas para acelerar su operación. Además, el análisis TRL (technology readiness levels), mostró que las tecnologías de membrana y adsorción aún se encuentran en fases de desarrollo piloto y demostración. En contraste, el método de absorción ya ha alcanzado el mercado, lo que podría explicar su mayor adopción y uso.Item Revisión sistemática del estado del arte sobre el mejoramiento genético de cepas de Lactobacillus para mejorar la producción de ácido láctico(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-11) Fiallo Maldonado, Tatiana; Gómez Pacheco, David Fernando; González Téllez, Juan Carlos; Sánchez Torres, Viviana; Barajas Ferreira, Crisostomo; Muvdi Nova, Carlos JesúsLas fermentaciones bacterianas son un enfoque prometedor para la elaboración de productos de valor agregado a partir de sustratos renovables como los residuos agroindustriales. Sin embargo, las bacterias productoras de ácido láctico presentan altos requerimientos nutricionales, inhibición por sustrato y estrés térmico que afectan su productividad, por lo que se han desarrollado estrategias biotecnológicas para mejorar las cepas y obtener el fenotipo deseado. En el presente trabajo, se estudiaron las investigaciones relacionadas con la modificación genética de cepas de Lactobacillus para mejorar la producción de ácido láctico y las condiciones experimentales empleadas en cada una de ellas. Lo anterior, se realizó a través de una revisión sistemática de la literatura empelando una metodología de búsqueda, selección y análisis que dio como resultado un total de 64 artículos. Se estableció que las principales técnicas de modificación genética de cepas de Lactobacillus que aumentan la capacidad productiva de ácido láctico son mutagénesis aleatoria, evolución adaptativa en laboratorio e ingeniería metabólica. Finalmente se realizó una identificación de condiciones y cualidades que afectan cada técnica de modificación genética, esto permitió esclarecer y concluir que la ingeniería metabólica requiere un gran nivel de información de las rutas metabólicas lo que va asociado a tecnologías de alto costo; por otro lado, la mutagénesis aleatoria tiene un menor alcance y control de los resultados, pero es la base en varios experimentos asociados al mejoramiento genético. En cuanto a la evolución adaptativa se posiciona como la técnica más cómoda y asequible para experimentar condiciones de estrés de pH, temperatura o concentración de manera progresiva.Item Utilización de la metodología de Análisis de Ciclo de Vida en el estudio de materiales de aislamiento térmico(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-14) Campo Angarita, Elaine Dayanna; Viejo Abrante, Fernando; Cotes Palomino, Maria Teresa; López García, Ana Belén; Barajas Ferreira, Crisostomo; Chaves Guerrero, ArlexEl uso desmesurado de los recursos naturales en épocas anteriores hace que hoy en día tengamos el desafío de buscar opciones enfocadas en la sostenibilidad, ahorro de energía y reducción de la contaminación ambiental. Actualmente se opta por buscar soluciones en las cuales se les dé un valor agregado a los residuos de las diferentes industrias. Este trabajo cuantifica y compara el impacto ambiental mediante el análisis de ciclo de vida (ACV) de tres materiales aislantes: corcho, fibra de celulosa y fibra textil. Para ello se utilizará el programa SimaPro, el cual permite analizar la información en diferentes áreas como energética, ambiental y económica, y realizar una comparativa de los resultados obtenidos. Para ello, se utilizaron las metodologías CML 2000 y IPCC, para obtener una visión cuantitativa de lo que implicaría la producción de los aislantes desde las diferentes categorías de impacto, como lo es la salud humana, el medioambiente, el entorno artificial y los recursos naturales. A lo largo de la investigación se utilizó la norma ISO 14040.