Escuela de Ingeniería Química

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Efecto del tiempo de almacenamiento de la semilla de mango en el municipio de San Martín-Cesar, sobre el rendimiento y la calidad del aceite obtenido en un proceso de extracción sólido-líquido con solventes.
(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-04) Angie Alejandra Valderrama Suárez; López Giraldo, Luis Javier; Sanchez Torres, Viviana; Barajas Ferreira, Crisóstomo
El mango en procesos de producción de alimentos, como el despulpado de fruta, genera subproductos de desecho como: semillas, cáscara y bagazo, siendo estos recursos no aprovechados, implicando problemas de disposición de desperdicios. En el país, esta problemática disminuye la calidad del mercado, dejando pérdidas económicas para industrias y productores. Se buscó hacer uso de la semilla o “almendra” de mango, principalmente del aceite extraído de la misma, el cual es rico en ácidos grasos y polifenoles que son ampliamente usados en la industria cosmética, farmacéutica y alimentaria. El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto del tiempo de almacenamiento, variando los tipos de secado de la semilla de mango (húmeda, completa expuesta al sol y abierta con la almendra expuesta al sol, todas con posterior secado en el laboratorio) sobre el rendimiento y la calidad de su aceite. La semilla se sometió inicialmente a un proceso de extracción sólido-líquido en un equipo Soxhlet. Para posteriores etapas se empleó la extracción sólido-líquido con solventes usando hexano y butanol, que se compararon respecto a su rendimiento de extracción, análisis sensoriales, de laboratorio y medioambientales. En este proceso el butanol resultó con un rendimiento másico 2,11 veces mayor que el hexano, sin embargo, en análisis sensoriales logró mejores resultados físicos en comparación con el butanol. Adicionalmente, se determinó la cantidad de solvente fresco que se incorpora a cada ciclo de extracción y se identificó que en cada lote se debía reemplazar de 60 a 75 ml de este. Para analizar la calidad del aceite, se realizó una derivarización de ácidos grasos que consistió en separar el aceite del solvente obtenido de la extracción, transesterificar los triglicéridos usando KOH metanólico; finalmente se identificaron y cuantificaron por cromatografía gaseosa los ésteres metílicos producidos. Por otro lado, se midieron parámetros que se consideran indicadores de deterioro como los ácidos grasos libres, el índice de peróxido, acidez y yodo. Al final de todo el proceso se identificaron condiciones con las que se obtiene un aceite o manteca de mango con características similares a la que se oferta hoy en día en el mercado como el índice de yodo (47,24 I2/100g), peróxidos (0,76 meqO2/kg) y perfil de ácidos grasos. Con este tipo de iniciativas no solamente se reduce el impacto ambiental causado por los residuos de procesamiento, también se proponen alternativas de valorización que están alineadas con la estrategia de economía circular que lidera muchos de los procesos industriales en el país y en el exterior.
Estrategia operativa de disminución de carga de fondos de vacío, de 30 kbpd a 20 kbpd, durante la operación de la unidad de Demex de la GRB - Refinería del grupo Ecopetrol en Barrancabermeja
(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-05) Nieves Torres, Juán Manuel; Morales Medina, Giovanni; Morales Salazar, Gabriel; Tristancho, Adrián; López Giraldo, Luís Javier; Barajas Ferreira, Crisóstomo
Descripción: Ecopetrol S.A. debe reducir la producción de combustóleo y mejorar la calidad de sus productos en sus refinerías de acuerdo con las reglamentaciones de calidad de los combustibles marinos, por tal razón, ha optado por elaboración de crudos con fondos de vacío, a los cuales ha llamado crudos reconstituidos. Por todo lo anterior, se han visto reducidos los fondos de vacío disponibles para procesar en la unidad de Demex de la refinería del grupo Ecopetrol en Barrancabermeja. Dicha unidad, produce como resultado un 48% de fondos pesados, que van hacia el proceso de viscorreducción térmica en Viscorreductora II y un 52% aceite desmetalizado DMO que va como carga a las unidades de craqueo catalítico. Así mismo, esta unidad fue diseñada para una capacidad de procesamiento de hasta 45 kbpd de fondos de vacío, no obstante, en estos momentos la unidad ha sido adecuada para procesar alternadamente solo 30kbpd ó 20 kbpd. Para pasar de 20 kbpd a 30 kbpd, no hay inconveniente, es transparente, pero para pasar de 30 kbpd a 20 kbpd de fondos de vacío, se genera un lucro cesante debido a que hay que apagar la unidad, para lavar el tren fuera de servicio. El presente trabajo busca proponer esquema de interconexión de tuberías que faciliten el lavado de la unidad en línea y evite el lucro cesante de tener que sacar la unidad de servicio, para lavar el tren que queda fuera. La metodología se desarrolla en tres etapas, en la primera, se realiza una justificación técnica o soporte; en la segunda, el diseño de líneas y facilidades asociadas y en la última etapa, una evaluación económica de la alternativa propuesta. Dentro de los principales hallazgos, se evidencia el potencial económico de la alternativa propuesta a través del análisis de indicadores financieros.
Estrategias para la dosificación y control de Yodo – Flúor en una empresa de producción de sal de consumo humano en Colombia
(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-15) Igua Valderrama, Lisseth Tatiana; Laverde Cataño, Dionicio Antonio; Barajas Ferreira, Crisóstomo; Kafarov, Viatcheslav
Enfermedades como fluorosis dental y deficiencia de yodo se encuentran entre los principales problemas de salud pública. Por esta razón, la Organización Mundial de la Salud (OMS) incorpora la fortificación de la sal consumo humano con yodo y flúor como medida de prevención de enfermedades generadas por deficiencia o exceso de estos micronutrientes. En Colombia, el Ministerio de Salud y Protección Social emitió el decreto 547 en 1996 donde estableció una concentración de yodo de 50-100 ppm y de flúor de 180-220 ppm en la sal. Con el objetivo de garantizar una adecuada fortificación en la sal, en el presente estudio se determinaron estrategias tecnológicas y operativas para el cumplimiento de Yodo-Flúor en una empresa de producción de sal consumo humano en Colombia. Para la consecución de este objetivo, se establecieron puntos de muestreo en el sistema de producción de sal desde refinerías denominadas como X, Y y Z hasta Empaque Sal, efectuando mapeos que demostraron que el yoduro de potasio (KI) presenta un comportamiento estable como aditivo. Sin embargo, el fluoruro de potasio (KF) presenta inestabilidad durante la dosificación. Además, se evidenció que dos de las tres de refinerías generan inconformidad al decreto 547. Asimismo, se definieron deficiencias operacionales como exceso de material particulado salino en las zonas de producción, la cual impacta negativamente el agregado Yodo-Flúor en el producto terminado. Lo anterior, se debe a la alta afinidad entre las partículas finas en la sal y el flúor absorbido. Acorde a resultados obtenidos en la investigación, se plantearon alternativas y recomendaciones para entregar a la empresa productora de sal seleccionada. De esta manera, se plantea actualizar equipos empleados en el sistema de dosificación y control de las refinerías X y Y, mediante tecnologías recientes que automaticen la adición del Yodo-Flúor para tener un producto conforme al decreto 547.
Estudio de la cinética y el equilibrio de extracción sólido-líquido para recuperar aceite de palma retenido en tierras de blanqueo gastadas
(Universidad Industrial de Santander, 2022-03-31) Holguín Terraza, María Fernanda; Carvajal Agudelo, Zulay Andrea; Arias Velandia, Ánderson Julián; Marín Solano, Néstor Armando; Barajas Ferreira, Crisóstomo; Lizcano González, Víctor Alexis
Las tierras de blanqueo gastadas (SBE) son un subproducto de desecho obtenido después de la refinación del aceite de palma crudo y pueden llegar a retener hasta 40% p/p de aceite, el aceite retenido tiene potencial para la producción de biodiesel. En este trabajo se realizó la extracción sólido-líquido del aceite en SBE. Se evaluó el efecto solvente del n-hexano, etanol y una mezcla comercial de parafinas y naftas (D1) sobre el rendimiento de extracción. Se seleccionó el solvente con mayor recuperación de aceite para estudiar la cinética de extracción a diferentes temperaturas y relaciones tierras: solvente. Los mejores solventes fueron n-hexano y D1, con valores de 34.5 y 37.1% de rendimiento respectivamente. Se utilizó un diseño experimental de cribado 22 con 3 réplicas en el punto central para evaluar el efecto de las variables sobre la velocidad y el máximo rendimiento de extracción; las cuales tuvieron una influencia positiva en los parámetros cinéticos. La cinética de extracción se estimó utilizando una ecuación empírica de dos parámetros (modelo de Peleg), con la cual se obtuvieron buenos criterios de bondad de ajuste. El equilibrio entre el soluto, la matriz (tierras) y el solvente, también fue estudiado de forma preliminar y modelado mediante isotermas tipo BET. Los resultados de los estudios cinéticos y de equilibrio destacan la importancia de la temperatura en el proceso de recuperación del aceite. Los resultados de este trabajo contribuyen a posteriores etapas de dimensionamiento y optimización de la operación del proceso industrial en continuo.
Estudio de la obtención de extractos de los residuos de destilación de especies vegetales, usando un sistema bifásico compuesto por CO2 supercrítico-etanol-agua
(Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01) Estupiñán García, María Fernanda; Martínez Morales, Jairo René; Arias Velandia, Ánderson Julián; Barajas Ferreira, Crisóstomo; Guerrero Amaya, Hernando
Las especies vegetales representan una fuente potencial de compuestos fenólicos con demanda en las industrias farmacéutica y alimentaria. En este trabajo se estudió cómo aumentar la selectividad del proceso extractivo de polifenoles mediante extracción con CO2 supercrítico modificado con etanol acuoso formando un sistema de dos fases. Se utilizaron residuos de destilación de seis especies vegetales aromáticas con el fin de aprovechar un subproducto de la industria de aceites esenciales, lo cual aumenta la rentabilidad y la cadena de valor de este proceso. Se determinó la relación entre las cinéticas de obtención del extracto y de los fenoles totales además de describir la cinética del proceso extractivo con un modelo matemático de transferencia de masa. Se identificaron las especies vegetales que podrían ser fuentes de ingredientes naturales en una aplicación industrial. Los resultados mostraron que la extracción de un grupo de componentes minoritarios, como los fenoles, presentó el mismo comportamiento a lo largo del proceso que la oleorresina total. La especie Calea peruviana mostró los mejores resultados, con un rendimiento de extracción de 78,52 mgext/gmv y con contenido de fenoles totales de 38,36 mgEAG/gext siendo así una fuente potencial para la obtención de compuestos fenólicos a nivel industrial.
Estudio de Seguridad de la Caldera del Laboratorio de Ingeniería Química de la Universidad Industrial de Santander
(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-21) Guatava Jiménez, Karen Juliana; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Plata Valdivieso, Astrid Carolina; Barajas Ferreira, Crisóstomo; Kafarov, Viatcheslav
Una parte fundamental de la Gestión de la Seguridad de Procesos es el Análisis de Peligros (PHA), existe una variedad de técnicas, tanto cualitativas como cuantitativas. El propósito primordial del PHA es la identificación, análisis y mitigación de riesgos y peligros potenciales relacionados con un proceso, sistema o instalación industrial. Para llevar a cabo este análisis, es crucial contar con un plan estructurado, aunque este puede variar según las particularidades del proceso bajo estudio. En el caso de la Caldera Pirotubular situada en el laboratorio de procesos de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad Industrial de Santander, su correcto funcionamiento y operación adecuada deben cumplir con normativas y especificaciones para la seguridad de las personas, la infraestructura y el medio ambiente. Durante el desarrollo del Análisis de Peligros (PHA) de esta caldera, se enfrentaron algunas dificultades debido a la falta de información detallada sobre el equipo en cuestión. Por ende, fue necesario recopilar y analizar minuciosamente la información disponible para de esta manera llegar concluir que es necesario implementar un SGS y realizar un análisis exhaustivo de la vida útil del equipo. En términos generales, en el contexto de las Calderas, el peor escenario imaginable sería una explosión, la cual podría ser desencadenada por diversos factores como niveles bajos de agua, problemas estructurales, entre otros. Identificar y abordar estos riesgos de manera proactiva es esencial para garantizar la seguridad como el bienestar de las personas y el entorno.
Revisión del estado del arte sobre el efecto de la fermentación dirigida y el secado en la calidad de los granos de cacao (Theobroma cacao L.)
(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-26) Vargas Narváez, Ana María; Moreno Argüello, María Camila; López Giraldo, Luis Javier; Sandoval Lozano, Claudia Johanna; Muvdi Nova, Carlos Jesús; Barajas Ferreira, Crisóstomo
El cacao en Colombia tiene un importante papel en el desarrollo económico y social del país, pues la producción y exportación de este producto ha posicionado al país como un importante productor de cacao a nivel mundial ha y ayudado a mejorar la calidad de vida de las comunidades productoras. En este sentido, el presente trabajo tiene como objetivo realizar un análisis bibliográfico de las publicaciones científicas relacionadas con el efecto que tiene la fermentación dirigida y el secado en la calidad de los granos de cacao (Theobroma cacao L.). Para dar cumplimiento a esto, se realizó una búsqueda y selección de artículos científicos dispuestos en bases de datos, considerando una ventana de tiempo para la literatura producida entre 1994 y 2023. Posteriormente, se efectuó un análisis de los artículos seleccionados contemplando como contenido de interés las diferentes variables para tener en cuenta en los procesos de fermentación y secado del cacao, en busca de mejorar la calidad del producto final. De esta manera, este documento evidencia una recopilación de información descriptiva acerca del proceso de fermentación y secado para el análisis de los diferentes métodos estudiados hasta el momento; además del impacto de éstos en la calidad final del grano, evaluada a partir de métodos fisicoquímicos. Finalmente, se concluye que la fermentación y el secado son dos procesos interdependientes en la producción de granos de cacao de alta calidad que permiten la activación de características organolépticas del grano de cacao en cuanto a precursores de sabor, color y aroma a chocolate. Lo anterior se realiza en pro de llevar a cabo investigaciones para el desarrollo de nuevas tecnologías y prácticas en el proceso poscosecha, y así diseñar estrategias efectivas, mejorando la eficiencia del proceso y la calidad del producto final, con el fin de tener un impacto positivo en la sostenibilidad y la rentabilidad de cacao a largo plazo.
Revisión sistemática del estado del arte sobre las aplicaciones de biocarbones y bioaceites producidos por pirólisis de residuos lignocelulósicos
(Universidad Industrial de Santander, 2022-03-30) Díaz Mesa, Angie Paola; Díaz Quintero, Julieth Natalia; Sánchez Torres, Viviana; Castellanos Suárez, Laura Johana; Barajas Ferreira, Crisóstomo; Nabarlatz, Débora Alcida
El desarrollo agroindustrial promueve el crecimiento económico y tecnológico, pero trae consigo la generación de residuos que deben tratarse o de lo contrario, se convierten en una problemática ambiental, económica y logística para las organizaciones. En Colombia se generan residuos principalmente del sector agrícola debido a su alta actividad económica, por lo cual el cultivo de café, caña de azúcar, caña panelera, maíz, arroz, banano y palma de aceite generan residuos de aproximadamente 72 millones de toneladas por año que en la mayoría de los casos son incinerados o depositados en rellenos sanitarios (Peñaranda Gonzalez et al., 2017). El presente trabajo es una revisión sistemática del estado del arte sobre la producción y aplicación de biocarbones y bioaceites por medio de pirólisis de residuos lignocelulósicos, especialmente aquellos derivados de la cadena de cacao. Se realizó una búsqueda y selección de información, principalmente de artículos científicos por medio de la base de datos Scopus. En el proceso, se seleccionaron parámetros como el título, el resumen y el contenido, abordándose una cantidad total de 49 artículos. Se concluyó que la pirólisis es actualmente la tecnología más estudiada y con mayor aplicación en el aprovechamiento de los residuos lignocelulósicos. Las variables de mayor influencia son la temperatura, el tipo de pirólisis, la biomasa y el tipo de reactor. Finalmente se realizó una descripción de la pirólisis en residuos lignocelulósicos provenientes de la cadena de cacao, y se encontró que con una pirólisis lenta con temperaturas entre 400°C y 650°C de este residuo lignocelulósico se obtienen rendimientos para biocarbón de 31,1%, para bioaceite de 37,4% y para biogas de 31,5% en peso; los cuales pueden ser usados para generación de energía, enmienda del suelo y producción de biocarbón (Milian-Luperón et al., 2020). Se concluye que se requieren estudios posteriores que permitan identificar cómo afecta la cinética a las reacciones pirolíticas, el escalamiento y la proyección industrial de la conversión de estos residuos en productos de valor agregado.

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