Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas

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https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/8924

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    A study of the inhibition of second stage hydrocraking catalysts by weakly basic nitrogen-containing compounds
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T05:16:52Z) Celis Cornejo, Carlos Mauricio ; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel ; Pérez Martínez, David de Jesús
    El procesamiento de crudos cada vez más pesados plantea un reto enorme en las refinerías modernas, respecto a la eliminación de los heterocompuestos y mejoramiento de estas cargas mediante hidroprocesos. En esta contribución, se identifican las especies químicas más refractarias al hidrotratamiento en un gasóleo de vacío Colombiano, empleando espectrometría de masas de alta resolución. Estos análisis permitieron evidenciar una alta abundancia relativa de las especies parcialmente hidrogenadas de los compuestos nitrogenados tipo pirrólicos, cuyo carácter es levemente básico. El efecto de estos compuestos débilmente básicos sobre el desempeño de un catalizador convencional de hidrocraqueo se evaluó a diferentes niveles de nitrogenados, variando no solo la cantidad, sino la fracción entre las especies seleccionadas. Los ensayos catalíticos se efectuaron siguiendo la reacción de fenantreno, a temperaturas entre 623, 638 y 653 K, velocidades espaciales entre 1.3 y 2.2 h-1, y nitrógeno total entre 0, 1 y 5 ppm en la carga. El análisis estadístico de este diseño experimental permitió obtener una correlación entre las variables operacionales y establecer que el efecto de los nitrogenados es evidente en la selectividad hacia los productos tipo naftaleno y tetralina. Para dar una explicación factible a las observaciones experimentales, se llevaron a cabo simulaciones con DFT en mordenita, para modelar un sitio de Brønsted y evaluar la adsorción de distintos compuestos nitrogenados y poliaromáticos. Los nitrogenados débilmente básicos mostraron una tendencia a protonarse cuando interaccionan con los sitios ácidos, igual que los más básicos. Para validar esta predicción hecha por los cálculos, se desarrolló una metodología para seguir la adsorción de compuestos nitrogenados pirrólicos en fase líquida, sobre una zeolita protonada, mediante ATR-IR. Los resultados de este trabajo permiten concluir que los compuestos débilmente básicos pueden causar efectos inhibitorios significativos, incluso en pequeñas concentraciones (<5 ppm de N) en la carga
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    Ajuste cultural de poblaciones marginales a partir de los modelos de aceptación tecnológica y comportamiento ciudadano
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:47:13Z) Vera Mercado, Erik José ; Carrillo Caicedo, Gilberto ; Peña de Carrillo, Clara Inés
    El presente trabajo de investigación propone un ajuste cultural a partir de los modelos de aceptación tecnológica y comportamiento ciudadano en el marco de Gobierno Electrónico Orientado al Ciudadano (G2C). La combinación de las variables ajuste cultural (ACUL), promoción del comportamiento ciudadano (PCOM) y aceptación tecnológica de las misiones de un juego de realidad alternativa (ATEC), evidenció cómo, mediante el uso de la tecnología, se puede incrementar el nivel de convivencia entre los ciudadanos y mejorar el ofrecimiento de servicios a los mismos de parte del gobierno. Con este modelo los gobiernos podrán facilitar la adaptación cultural y tendrán herramientas para mejorar sus programas de gobierno electrónico orientados al ciudadano puesto que evidencia la relación existente entre la cultura, el comportamiento ciudadano y la aceptación tecnológica. En esta tesis se plantea la pregunta de investigación ¿Es posible diseñar un modelo de ajuste cultural en el marco de gobierno electrónico orientado al ciudadano, integrado por los componentes comportamiento ciudadano y aceptación tecnológica aplicado a poblaciones marginales de la sociedad? Para responder esta pregunta se toma como punto de partida epistémico el ciudadano Colombiano como sujeto cognoscente que se relaciona con su objeto que es la realidad Colombiana. Esta tesis analiza la dinámica de la relación del sujeto (una población marginal colombiana) con su objeto (contexto sociocultural), y propone acciones para transformar dicha dinámica.
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    Analysis of inhibition effects on deep hydrodesulfurization using model reactions
    (Universidad Industrial de Santander, ) Morales Valencia, Edgar Mauricio ; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel ; Castillo Araiza, Carlos Omar
    Esta investigación se enfocó inicialmente en el estudio de los efectos de inhibición sobre la HDS de una carga modelo de nafta FCC, utilizando como catalizador CoMo-S/-Al2O3. En particular, se estudió la HDS del 2-metiltiofeno y los efectos de inhibición de una olefina lineal , una cicloolefina, una diolefina ramificada plana y unas olefinas planas ramificadas. Los tres tipos de olefinas inhibieron la hidrodesulfuración, y el grado de inhibición dependió tanto del tipo de olefina como de su concentración en la alimentación de reacción. En la segunda parte del trabajo se evaluó una carga modelo tipo diésel. Se estudió la HDS de dibenzotiofeno y los efectos de la presencia de moléculas con diferentes estructuras aromáticas: naftaleno, fluoreno y fenantreno, así como de compuestos que contienen nitrógeno en su estructura: quinolina e indol, utilizando como catalizador NiMo-S/-Al2O3. Además, se realizó un modelado cinético de las reacciones simultáneas, el cual se basó en el formalismo de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson y se sometió a un análisis de regresión con la forma reparametrizada de las ecuaciones de Arrhenius y van't Hoff. Antes de abordar los efectos de inhibición, se revisó la cinética del HDS de DBT, en este sentido, las observaciones se ajustaron mejor al considerar que las dos rutas paralelas para el HDS de DBT, es decir, las llamadas rutas de desulfuración directa y desulfuración mediada por hidrogenación, tienen lugar en dos tipos diferentes de sitios activos. El modelo desarrollado se utilizó como base para el modelado cinético de la inhibición de compuestos aromáticos y nitrogenados en el HDS de DBT. Los parámetros cinéticos se estimaron en ambos sitios catalíticos y exhibieron consistencia termodinámica. Estos hallazgos son importantes porque proporcionan una idea de los efectos de inhibición o promoción de compuestos poliaromáticos y nitrogenados de diferentes estructuras químicas sobre HDS ultra profunda.
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    Análisis de balance de fluxes de saccharomyces cerevisiae mediante la utilización de nuevas funciones objetivo, compuestas por combinaciones de objetivos de los compartimentos celulares
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T05:16:49Z) García Sánchez, Carlos Eduardo ; Torres Sáez, Rodrigo Gonzalo
    El objetivo principal del análisis de balance de flux (Flux Balance Analysis – FBA) es obtener predicciones cuantitativas de los fluxes metabólicos de un organismo. Para ello, es necesario usar una función objetivo apropiada para garantizar buenas estimaciones de esas velocidades de reacción. En este estudio, se evaluó el desempeño predictivo del FBA, usando funciones objetivo surgidas de la combinación lineal de diferentes objetivos celulares supuestos. Este enfoquees más apropiado para las células eucarióticas, debido a la multiplicidad de compartimentos celulares que presentan. Por esta razón, se usó en este estudio Saccharomyces cerevisiae como organismo modelo, y su red metabólica fue representada usando el modelo metabólico a escala genómica denominado iMM904. Dado que el objetivo fue evaluar el potencial predictivo del FBA utilizando el tipo de funciones objetivo descritas, el consumo de sustrato y oxígeno fueron los únicos valores experimentales que se usaron como datos de entrada para el FBA. Además, se utilizó información experimental acerca del crecimiento celular y de la excreción de metabolitos al ambiente para evaluar la calidad de las predicciones. La calidad de las predicciones obtenidas con el FBA dependió drásticamente del conocimiento de la tasa de consumo de oxígeno. En la mayoría de clasificaciones estudiadas, las mejores predicciones se obtuvieron con „maximización de producción de biomasa‟ como función objetivo, así como con algunas combinaciones de objetivos que la incluían. En el caso particular del modelado de crecimiento en fase exponencial en un cultivo por lotes sin conocimiento de la tasa de consumo de oxígeno, la función objetivo „maximización de producción de biomasa más minimización de producción de NADH en el citosol más minimización de consumo de NAD(P)H en la mitocondria‟ arrojó mejores predicciones de los fluxes que las obtenidas usando cualquier otra función objetivo explorada en este trabajo.
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    Análisis de buenas prácticas sectoriales en la producción y desarrollo de pozos en yacimientos de roca generadora en países de américa y canadá
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:00:06Z) Rivera Calderón, Martha Rocio ; Cárdenas Montes, José Carlos
    Este estudio de investigación es una recopilación sobre la regulación y explotación de yacimientos de roca generadora en países como Estados Unidos, Canadá, Argentina y Colombia, esta investigación busca generar un instrumento de análisis para lograr buenas prácticas en la explotación de hidrocarburos y que a largo plazo sean sostenibles, recopila opiniones de diversos autores, a su vez enuncia los distintos escenarios normativos y legales que actúan como reguladores de la explotación de estos mismos. Así mismo se establecen los diversos conceptos y estadísticas sobre fracturación de Hidrocarburos en los yacimientos de roca generadora de estos países, la investigación realizada es de tipo descriptiva la cual se encuentra divida por capítulos en donde se describe la actividad de la industria Petrolera, su explotación y producción en Norte América y Sur América, este análisis descriptivo se fundamenta principalmente en respaldar las buenas prácticas de explotación de hidrocarburos y traerlas a un posible escenario de productividad en Colombia, con el fin de ser sostenible en el tiempo y materia económica; con esta recopilación se busca establecer una base que permita a los sectores que participan en la producción de pozos de yacimientos de roca generadora un instrumento guía sobre buenas prácticas en la producción y desarrollo de los pozos.
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    Análisis de viabilidad para el aprovechamiento de gas residual en la generación eléctrica en un campo del Valle Inferior del Magdalena
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-14T16:07:13Z) Díaz Santander, Cristhiam Darío ; González Silva, Germán ; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique ; Barrero Pérez, Jaime Guillermo
    Este trabajo de investigación evalúa el potencial técnico y económico de mitigar la quema en tea en un campo productor de gas condensado, el cual está localizado en la cuenca del Valle Inferior del Magdalena, para esto se emplean datos históricos de producción y las características fisicoquímicas de los fluidos, igualmente se contempla la infraestructura eléctrica y de proceso instalada, de manera que se puede evaluar la viabilidad técnica y económica de disminuir los volúmenes de quema debido al aprovechamiento de gas residual como combustible en el sistema de generación eléctrica. Desde un enfoque cuantitativo, se interpretan y describen las variables asociadas a la generación de alivios, venteos y quema de gas, se identifican los costos de inversión y costos de operación necesarios para materializar el aprovechamiento del gas como combustible en generación eléctrica, y se realiza la evaluación de beneficios económicos, financieros, ambientales y contractuales que sustentan la hipótesis inicial de este trabajo de investigación.
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    Aplicación de análisis exergético para la evaluación de procesos de producción de bioetanol de segunda generación
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T05:16:46Z) Ojeda Delgado, Karina Angélica ; Kafarov, Viatcheslav Victorovich
    Actualmente, existe un gran interés mundial en la producción de biocombustibles. Sin embargo, los biocombustibles de primera generación han sido ampliamente debatidos sobre el uso de biomasa con fines alimenticios para su producción. En este sentido, las investigaciones se han enfocado en el estudio de otras materias primas potenciales para la producción biocombustibles de bajo costo y que no afecten la seguridad alimentaria de la población; sin embargo, la implementación del proceso de biocombustibles de segunda generación a escala industrial requiere un análisis detallado desde el punto de vista exergético que permita orientar adecuadamente el desarrollo tecnológico en este campo. En este trabajo investigativo se desarrolló una metodología basada en análisis exergético para comparar diferentes alternativas tecnológicas para la producción de bioetanol a partir de material lignocelulósico, las cuales fueron simuladas usando el software Aspen Plus™ con el fin de guiar el diseño de un esquema de producción para el aprovechamiento del material lignocelulósico con un mínimo consumo energético externo. La tesis se ha dividido en seis capítulos principales: El Capítulo I describe de manera conceptual los principales aspectos del análisis exergético y de la integración de procesos. El Capítulo II dedicado a la aplicación del análisis exergético en reactores de hidrólisis enzimática. El Capítulo III describe las características de la simulación de las rutas de producción. En el Capítulo IV se describe de manera detallada la comparación de dichas rutas usando la metodología de análisis exergético. En el Capítulo V la metodología de integración de procesos fue aplicada de las rutas de mejores resultados exergéticos y finalmente en el Capítulo VI se describen las alternativas de producción propuestas con base en los análisis realizados. Así, los resultados de este trabajo podrán ser utilizados como una herramienta eficaz para el análisis y desarrollo de este tipo de procesos.
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    Caracterización del crecimiento de biopelículas soportadas en un sistema de lecho de fijo utilizado para la digestión anaerobia de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T05:16:52Z) Vergara Mendoza, Marisol ; Torres Sáez, Rodrigo Gonzalo
    En esta trabajo, se evaluaron reactores metanogénicos de biopelícula adherida para el tratamiento del efluente generado por un reactor Hidrolítico/acidogénico con Fracción orgánica (FO) de Residuos Sólidos Urbanos (RSU) como sustrato. En la selección del inóculo se utilizó, lodo porcícola, lodo PTAR y lodo mezcla (MEZC). Los resultados de la Actividad Metanogénica Específica (AME) en unidades de g DQO/ g SSV*d fue de 0.1233 para el lodo PTAR, 0.0454 para el porcícola y 0.1803 para MEZC. Los soportes evaluados para la inmovilización de los microorganismos fueron tusa de mazorca, luffa cilíndrica, ladrillo cerámico y espuma de poliuretano. La producción de biogás de los biorreactores fue de 0.232 (m3 CH4/kg DQOremovido) para el reactor con ladrillo cerámico como soporte, seguido por la tusa de mazorca con 0.211 m3 CH4/kg DQOremovido y la espuma de poliuretano 0.154 (m3 CH4/kg DQOremovido), por último la luffa cilíndrica con 0.111 (m3 CH4/kg DQOremovido), En la evaluación del reactor de biopelícula se utilizó como soporte el ladrillo cerámico. La producción de metano obtenida por el reactor fue de 0.27 (m3 CH4/kg DQOremovido/d). En el conteo e identificación de los microorganismos metanogénicos se observó la presencia de metanógenos acetoclásticos pertenecientes al género Methanotrix sp. y Methanosarcina sp., estos microorganismos utilizan el acetato como principal ruta metabólica para la producción de metano. Por otro lado, se identificó también la presencia de población metanogénica hidrogenofílica (Methanoccocus sp. y Methanobacterium sp.) que utilizan el formato para la producción de metano. Finalmente, el modelo matemático del reactor de película adherida fue validado por los resultados experimentales para la concentración de sustrato (Sb). Las predicciones del modelo con relación a la concentración de biomasa activa y la producción de metano presentaron diferencias entre los datos experimentales y el modelo, observándose una marcada diferencia al alcanzar el estado estacionario.
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    Characterization guided unit operations approach to the synthesis of pt-fe/sio2 catalysts by co-impregnation for the combustion of methane
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:05:02Z) Espinosa Lobo, Carol Bibiana ; Velasco Rozo, Edwing Alexander ; Baldovino Medrano, Victor Gabriel
    El método de síntesis se diseñó desde las operaciones unitarias involucradas en la impregnación y tratamiento térmico de los materiales. Se obtuvieron catalizadores Pt -Fe con dos tamaños de partícula de platino. Se determinó que la relación molar de los catalizadores no tuvo efecto sobre la porosidad y área específica. Sin embargo, la incorporación de los metales al soporte tuvo un efecto neto de reducción del área específica. El método de síntesis mostró alta reproducibilidad y control del tamaño de partícula metálica. El tamaño de partícula de platino determinó el comportamiento catalítico en la combustión de metano. El análisis cinético de los materiales permitió establecer que la energía de activación de la combustión de metano fue constante, para los catalizadores bimetálicos PtFe/SiO2 pero mayor en comparación con la presentada por los catalizadores monometálicos Pt/SiO2. Por otro lado, se estableció que la cinética de la reacción puede describirse mediante una expresión: rCH4 = kApp[CH4] [O2]-0.3. En este caso, el valor negativo para el orden aparente de reacción de O2 indicó que un aumento del comburente reduce la eficiencia de los catalizadores. Finalmente, fue posible establecer que existe un efecto sinérgico entre el platino y el hierro cuando la temperatura de reacción fue de 390 °C.
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    Coded diffraction pattern design algorithm for phase retrieval in optical imaging
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:47:15Z) Pinilla Sánchez, Samuel Eduardo ; Arguello Fuentes, Henry
    La recuperación de fase es un problema inverso que consiste en estimar una escena a partir de inten-sidades de difracción. Este problema aparece en la formación de imágenes ópticas, que tiene tres zonas principales de difracción donde se pueden adquirir medidas, cerca, media y lejos. Trabajos recientes han empleado algoritmos de descenso de gradiente para resolver el problema de recuperación de fase relacionado con la zona lejana, creando redundancia en el proceso de medición al incluir una apertura codificada, que permite modular la escena y adquirir patrones de difracción codificados (CDP). Sin embargo, este problema no se ha estudiado teóricamente para CDP en las zonas cercana y media. Además, la estructura de la apertura codificada se selecciona al azar, lo que conduce a estimaciones subóptimas. Esta tesis proporciona garantías teóricas para la recuperación de una escena adquirida en las tres zonas de difracción utilizando modulaciones admisibles. Con base en los resultados teóricos, se demostrará que la calidad de reconstrucción de la imagen depende directamente de la estructura de apertura codificada; por lo tanto, el diseño de la matriz de detección es fundamental para obtener una alta calidad de reconstrucción. Específicamente, las aperturas codificadas se pueden diseñar para mejorar la calidad de la señal reconstruida. Además, cuando la escena se puede representar escasamente de alguna manera, su soporte se puede estimar mejor para una elección cuidadosa de los elementos de codificación. Los resultados numéricos muestran que la escena se recupera con éxito mediante el uso de aperturas codificadas diseñadas con hasta 40% menos de medidas en comparación con conjuntos no diseñados.
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    Codigestión anaeróbica de las aguas residuales rojas e implementación de una membrana contactor en la digestión anaeróbica de gallinaza de jaula como alternativas de mitigación del amoníaco
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T04:05:01Z) Archila Menco, Angi Karina ; Escalante Hernández, Humberto ; Castro Molano, Liliana del Pilar
    En este trabajo de investigación se evaluó dos alternativas para mitigar el amoníaco en la digestión anaeróbica de dos residuos industriales con alto contenido de proteínas. La investigación se realizó en dos etapas: La primera evaluó la codigestión anaeróbica de las aguas residuales rojas que permitió determinar la capacidad del lodo estiércol bovino para resistir amoníaco libre durante el proceso de digestión anaeróbica, en donde mediante ensayos de toxicidad anaerobia se obtuvo que el coeficiente de inhibición (CI50) es 18,53 mg NH3-N L -1 , e identificar la sinergia del proceso de co-digestión anaeróbica desde el punto de vista del PBM y de los parámetros cinéticos en operación discontinua, con el fin de garantizar una disminución en la inhibición presentada en las aguas residuales rojas, donde se encontró que la mezcla de ARR: ALVB (0,7:0,3) presenta el mayor efecto sinérgico frente a las demás mezclas evaluadas. Finalmente, en la segunda etapa se implementa una membrana de fibra hueca en el proceso de digestión anaeróbica de gallinaza de jaula que permite remover 0,50 g/l de amoníaco en 7 horas de funcionamiento directamente en los digestores.
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    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, Sonia Azucena ; Centeno, 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.
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    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.
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    Desarrollo de películas multicapas de FTO/CuBi2O4/TiO2/ WxMo1-xS2 para su empleo como fotocátodos en la producción de hidrógeno a partir de agua
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Cruz Orellana, Silvia Nathalia ; Acevedo Peña, Próspero ; Córdoba Tuta, Elcy María ; Meléndez Reyes, Ángel Manuel ; Ropero Vega, José Luis
    La actividad humana deja como consecuencia altos niveles de contaminación y poco a poco el consumo de los recursos no renovables, tal como los combustibles fósiles. Por lo tanto, se han buscado reemplazos, entre ellos el uso de hidrógeno como combustible debido a su sobresaliente poder calorífico y no generar gases contaminantes durante su combustión. Uno de los métodos con mayor potencial de producción de hidrógeno es por medio de la fotoelectroquímica. En el presente trabajo se fabricaron fotocátodos de CuBi2O4, empleando como substrato vidrio FTO, para aumentar la estabilidad y proteger el material se recubrió el CuBi2O4 con TiO2, finalmente para mejorar el desempeño fotoelectroquímico se agregaron partículas de WxMo1-xS2 formando el sistema FTO/CuBi2O4/TiO2/WxMo1-xS2. Los fotocátodos se caracterizaron fisicoquímicamente mediante espectroscopía Raman, Uv-vis, Difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS), Microscopía electrónica de barrido (SEM) y (foto)electroquímicamente mediante voltamperometría de barrido lineal on-off, cronoamperometría on-off e impedancia electroquímica (EIS), utilizando una lámpara de Xe de 300W como fuente de luz. Los resultados evidencian que el CuBi2O4 presenta alta recombinación de los portadores de carga presentando inestabilidad bajo iluminación, perdiendo más del 80% de la corriente inicial. No obstante, las pérdidas de corriente se redujeron al 8% al cabo de media hora iluminación con la película protectora de TiO2, además de incrementar la magnitud de fotocorriente de -0,07 a -0,17 mA/cm2 respecto al bismutato desnudo. Por otra parte, con los catalizadores de WxMo1-xS2 solo se perdió el 13% de la corriente inicial pero incrementando su valor a -0,25 mA/cm2 . El aumento en el desempeño al incorporar la capa de TiO2 se atribuyó a la mejora en la estabilidad del CuBi2O4, mientras que la modificación superficial con WxMo1-xS2, a que cataliza la reducción del agua.
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    Desarrollo de un modelo de simulación para el proceso de coquización retardada de residuos de la refinación de crudos colombianos
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T05:16:51Z) Díaz Mateus, Fabian Andrey ; Chaves Guerrero, Arlex ; Maradei García, María Paola ; Fuentes Díaz, David Alfredo ; Guzmán Monsalve, Alexander
    Colombia se encuentra actualmente en un proceso de actualización de toda su infraestructura petrolera de crudos livianos hacia crudos pesados los cuales conforman casi la totalidad de nuestras reservas futuras. El proceso de coquización retardada es el corazón de esa actualización ya que permitirá la conversión total de los crudos pesados y extra-pesados en Colombia. La coquización retardada apenas se está comenzando a estudiar en el país, los únicos datos experimentales disponibles provienen de la planta piloto de coquización retardada del Instituto Colombiano del Petróleo (ICP) de Ecopetrol. Esta tesis doctoral se encuentra dentro del convenio de cooperación tecnológica 03 de 2011 firmado por el ICP y la Universidad Industrial de Santander (UIS) y está acreditada para emplear estos datos. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar un modelo de simulación computacional del proceso de coquización retardada empleando dinámica de fluidos computacional (CFD) con el fin de generar una herramienta de predicción de la formación de productos y de la acumulación de coque dentro del reactor. Este modelo fue solucionado numéricamente mediante programación en lenguaje C++. El desarrollo de este modelo de simulación representa un avance significativo ya que aún no se ha presentado en la literatura un modelo de simulación en dinámica de fluidos computacional de este proceso, los modelos que se encuentran en la literatura corresponden a correlaciones y modelos cinéticos los cuales no dependen del tiempo, variable fundamental para este proceso, y por lo tanto no presentan nada acerca de la acumulación de coque en el reactor, ni de las propiedades de la cama de coque las cuales dependen de las variables fluido-dinámicas del medio reaccionante, como fue comprobado en este trabajo. El rendimiento de coque obtenido en las simulaciones presenta una desviación máxima de 4.98% respecto a datos experimentales obtenidos en planta piloto.
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    Desarrollo de un esquema integrado para el gerenciamiento de campos menores
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-05-12) Suárez Galindo, Leidy Katherine ; García Navas, Edison Odilio ; Amaya Rueda, Laura Cristina ; Jaimes García, Diana Carolina ; Sáchica Ávila, Jorge Andrés
    Durante la historia, la Industria OIL&GAS ha tenido ocasión de encontrarse en escenarios de crisis de precios bajos, producto de la alta volatilidad del mercado y la sensibilidad del commodity del crudo a sucesos políticos, económicos, ambientales, sociales e inclusive a talentes especulativos del mercado bursátil; recientemente con la Pandemia del Coronavirus COVID-19, que ha hecho que el barril de petróleo cotice en negativo, sumado a las dificultades que implica operar en Colombia, dificulta a las empresas operadoras sostener las inversiones en temas de exploración y mantener la producción del petróleo sobre todo en Campos Menores. Por todo lo anterior, es necesario crear planes estratégicos de reinvención, traducidos en un idóneo manejo gerencial de Campos Menores, que permita la sostenibilidad de estos activos en el futuro. Para hacer frente a lo mencionado, se plantea el desarrollo de un esquema integrado para el gerenciamiento de Campos Menores, a modo de brújula para orientar a las Operadoras OIL & GAS, cuyo talón de Aquiles es la baja producción, para transformar la metodología de gestión talento humano y recursos materiales y financieros mediante la aplicación de esquemas de gerencia de la literatura, probados en casos de éxito globalmente, personalizados para ser aplicados según las áreas técnicas y de soporte inmersas en el manejo del negocio de Campos Menores, todo lo anterior se logra caminando hacia la implementación del Esquema Integrado de Gerencia desarrollado, enfocando los objetivos corporativos para manejar Campos <10.000 BOPD, de manera eficiente, inclusive, este esquema cuenta con la flexibilidad para ser aplicado en caso de una expansión de la Compañía.
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    Desarrollo de un proceso para el aprovechamiento integral de microalgas para la obtención de biocombustibles
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T05:16:48Z) Sánchez Tuirán, Eduardo Luis ; Kafarov, Viatcheslav Victorovich
    Norteamérica debido a que no hay realmente un balance neutro de CO2 y su producción se basa en la utilización de materia prima que normalmente sería destinada a la alimentación. Para lograr implementar el proceso de producción de biodiesel a escala industrial y que sea competitiva con el diesel de petróleo es necesario encontrar materias primas que posean mayores rendimientos de producción de aceite que los cultivos tradicionales de oleaginosas. En el panorama de las materias primas aparecen con fuerza las microalgas. Debido a la novedad de estos cultivos alternativos, no existen aún esquemas integrados de aprovechamiento para la obtención de biocombustibles. Es por eso que el desarrollo de estos procesos a través de la aplicación de los principios de la Ingeniería Química en diversas áreas permitirá obtener un diseño novedoso de aprovechamiento total de biomasa de microalga que permita la producción de biocombustibles de manera sostenible y eficiente. Teniendo en cuenta lo anterior, en esta investigación fue desarrollado un análisis para el diseño de un proceso integrado de aprovechamiento de microalgas en la producción conjunta de biocombustibles basado en principios de síntesis e integración de procesos. El Capítulo I describe de manera conceptual los principales aspectos del procesamiento y utilización de microalgas basado en esquemas de biorefinería. El Capítulo II está dedicado a la descripción del modelamiento y validación de las propiedades fisicoquímicas de los componentes y de las rutas seleccionadas usando Aspen Plus™. El Capítulo III describe los análisis realizados a los casos de estudios evaluados y su comparación. Posteriormente en el Capítulo IV se describen las propuestas de integración energética a los casos de estudio analizados. Finalmente, en el Capítulo V se describen las alternativas de producción propuestas con base en los análisis realizados.
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    Development of a topology of biorefinery for obtaining biofuels and bioproducts from microalgae biomass
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T05:16:49Z) González Delgado, Ángel Darío ; Kafarov, Viatcheslav Victorovich
    Los aspectos técnicos para transformar las ideas en acciones viables aún están en construcción, e involucran una gran cantidad de aspectos que incluyen pero no se limitan a la integración de conocimientos interdisciplinarios, el desarrollo de nuevas tecnologías y el uso eficiente de materias primas renovables. En este libro se presenta el desarrollo de una topología de biorrefinería basada en microalgas, considerada como un esquema o diagrama de flujo con la secuencia necesaria para el uso total de biomasa de microalgas y su transformación en un conjunto de productos. Este desarrollo fue apoyado en tres pilares: la experimentación, como la fuente de información técnica primaria, la ingeniería de procesos asistida por ordenador como herramienta de apoyo a la toma de decisiones para la evaluación de tecnologías y la síntesis de procesos como el crisol donde se juntan elementos separados en un conjunto coherente. El enfoque del marco general desarrollado en esta tesis permitió obtener de la enorme cantidad de posibilidades de tecnologías existentes y emergentes para el procesamiento de las microalgas, dos topologías posibles de bio-refinerías con valores objetivos positivos (ingresos anuales), teniendo como principal producto de la metodología al biodiesel, La metodología desarrollada en la parte final es útil para otros procesos y productos debido a sus características jerárquicas, y también puede ser reorientada a otro producto principal o función objetivo (por ejemplo, el rendimiento máximo, el máximo beneficio, pasos mínimos de procesamiento, un mínimo de residuos, emisiones mínimas, máxima flexibilidad de materia prima, la más alta energía o eficiencia exergética)
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    Development ot bifunctional catalytic materials for the selective hydrotreating of dibenzothiophenes via the hyd route of hydrodesulfurization
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T05:16:46Z) Baldovino Medrano, Víctor Gabriel ; Centeno Hurtado, Aristóbulo ; Giraldo Duarte de León, Sonia Azucena
    La hidrodesulfuración (HDS) de di--dibenzotiofenos es necesaria para obtener combustibles tipo Diesel que cumplan con las regulaciones ambientales presentes y por consiguiente su utilización tenga un menor impacto negativo tanto en el medioambiente como en la salud. Dichas moléculas presentan fuertes impedimentos estéricos que impiden su hidrodesulfuración directa (DDS) sobre los catalizadores empleados, su HDS procede casi exclusivamente por la ruta de hidrodesulfuración por hidrogenación (HID). En esta Tesis Doctoral se desarrollaron sistemas catalíticos bifuncionales Pd-Pt soportados para la HDS de dibenzotiofeno por la ruta HID. Entre los aportes de la Tesis se encuentran: (i) El planteamiento de un mecanismo de reacción específico de la ruta HID. (ii) La preparación de catalizadores Pd-Pt soportados cuya selectividad HID/DDS puede controlarse a través de la relación atómica Pd/(Pd+Pt). (iii) El establecimiento de una correlación entre las sinergias en HID y en hidrogenación de aromáticos bajo atmósfera de H2S. (iv) El planteamiento de un modelo de fase activa Pd-Pt en HDS. (v) Se mostró que la selectividad HID/DDS puede ser drásticamente modificada a partir de cambios “suaves” en la acidez del soporte catalítico de la fase activa Pd-Pt. Toda la evidencia experimental obtenida indica que el éxito en la manipulación de la selectividad HID/DDS está ligada a una conveniente sintonización entre las características intrínsecas de la fase activa y el balance de sitios ácidos Lewis-Brønsted de naturaleza “suave” del soporte catalítico. Esta denominada acidez suave es muy relevante para la futura aplicación de dichos materiales en un proceso de HDS profunda de Diesel, porque reduce los riesgos de envenenamiento por moléculas nitrogenadas básicas y deposición de coque. En adición, los catalizadores Pd-Pt son estables y no son envenenados por el H2S, y tienen simultáneamente alta actividad en HDS y en hidrogenación de aromáticos.
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    Digestión anaeróbica: alternativa tecnológica para el desarrollo sostenible de la agroindustria panelera
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-04-01T05:16:55Z) Mendieta Menjura, Oscar Andrés ; Escalante Hernández, Humberto ; Castro Molano, Liliana del Pilar ; Rodríguez Cortina, Jader
    La agroindustria panelera se caracteriza por su bajo nivel tecnológico y su estancamiento en pro-cesos artesanales. Por un lado, el proceso de elaboración de panela requiere energía, mientras que, por el otro lado, el cultivo de caña de azúcar demanda fertilizantes, que en la mayoría de los casos deben ser proveídos por diversas fuentes externas. Esto se relaciona con la disminución de los ingresos de los productores y la protección del medio ambiente, que a su vez influye en el desa-rrollo social. En este sentido, la presente investigación propone contribuir a la sostenibilidad de la cadena productiva de la panela, haciendo uso racional y eficiente de los residuos que se generan en el proceso de producción, vía digestión anaeróbica (DA). Sin embargo, existen retos que se relacionan con la composición de los residuos, debido a que son materiales de naturaleza lignoce-lulósica – ácida, y se desconoce su potencial para la producción de biogás en una configuración de digestor que pueda ser adoptada por el sector, temas que deben ser estudiados para el desarrollo de un proceso de DA. El siguiente reto lo constituye la integración de la tecnología de DA en el proceso de producción de panela, abordando los ejes económico, ambiental y social. Esta tesis doctoral contribuye al conocimiento al investigar una nueva alternativa tecnológica que constituya una respuesta al desarrollo sostenible de dicha agroindustria por medio de la gestión y valorización de sus residuos.