Ingeniería Química

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Revisión sistemática de la literatura sobre el efecto de la aplicación de inóculos microbianos en procesos de compostaje de residuos lignocelulósicos
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-23) Contreras Castro, Stephany Carolina; Sánchez Torres, Viviana; Oviedo Ocaña, Edgar Ricardo; Hernández Gómez, Angélica María; Castro Molano, Liliana del Pilar; López Contreras, Yuly Fernanda
La generación mundial de grandes cantidades de residuos lignocelulósicos y su dificultad de degradación, debido a su composición (lignina, celulosa y hemicelulosa); lleva a buscar estrategias para su aprovechamiento y obtención de productos de calidad; entre estas, se encuentra el compostaje, que, al ser un proceso de bajo costo, también permite reducir notablemente el volumen de estos residuos. En su optimización, se busca disminuir el tiempo total del proceso, esto se ha logrado con la inoculación de microorganismos nativos y externos; por ello, el presente trabajo tiene como objetivo principal, analizar el efecto de la aplicación de inóculos microbianos en procesos de compostaje de residuos lignocelulósicos, mediante una revisión sistemática de literatura, para identificar los inóculos aplicados, describir su preparación, su dosificación y determinar su efecto sobre las variables fisicoquímicas del proceso. Para llevar a cabo esta revisión, se estableció un periodo de 14 años; iniciando con 363 investigaciones y por medio de filtros (título, resumen y palabras clave), finalmente se seleccionaron 57 artículos para su análisis. Como resultado, se encuentran los hongos de género: Penicillium, Trichoderma, Aspergillus, Thermoascus, Coprinus, Rhizopus, Lentinus, Pleurotus, Polyporus, Trametes y Geotrichium; y las bacterias de género: Nitrobacter, Thiobacillus, Bacillus, Pseudomonas, Mycobacterium, Micromonospora, Aeromonas, Actinomyces, Shinella, Thermoactinomyces, Streptomyces, Saccharomonospora, Rhizobium, y Corynebacterium, como los inóculos utilizados en los procesos de compostaje y entre sus medios de cultivo comunes: Luria Bertani (LB), extracto de malta, bentonita y agar papa dextrosa (PDA). Entre los resultados destacados, se encuentran que, los consorcios microbianos (hongo-bacteria) alcanzan un 70% más de degradación del material lignocelulósico en menor tiempo; es decir, se obtiene mayor degradación de lignocelulosa en los procesos inoculados con un tiempo de duración total de 40-60 días. Siendo entonces la inoculación de microorganismos, una estrategia viable para la optimización del proceso de compostaje de residuos lignocelulósicos. Among the outstanding results are that the microbial consortia (fungus-bacteria) achieve 70% more degradation of the lignocellulosic material in less time; that is, greater lignocellulose degradation is obtained in the inoculated processes with a total duration time of 40-60 days. Therefore, the inoculation of microorganisms is a viable strategy for the optimization of the lignocellulosic waste composting process.
Aplicación potencial de la energía solar térmica en el procesamiento de plásticos: elaboración de manguera de riego a partir de plástico reciclado
(Universidad Industrial de Santander, 2024-09-02) Reyes Mendoza, Ana Maria; Melchan Díaz, Ailyn Jineth; Kafarov, Viatcheslav; Lizcano González, Víctor Alexis; Morales Medina, Giovanni; Avellaneda Vargas, Fredy Augusto
Este trabajo evaluó el uso potencial de la energía solar térmica en el procesode extrusión de mangueras de riego fabricadas con plástico reciclado de baja densidad. Lametodología incluyó la caracterización de las demandas de calor y la disponibilidad de radiaciónsolar de acuerdo con la ubicación del caso de estudio. Se plantearon y simularon diferentesalternativas de sistemas solares térmicos utilizando el software TRNSYS, evaluándose tantosudesempeño técnico como su prefactibilidad económica. Los resultados mostraronquelaintegración de energía solar térmica puede reducir el consumo de energía eléctrica hasta un40,9%en algunos escenarios al implementarse una etapa de precalentamiento al proceso de extrusión, demostrando ser una alternativa efectiva y sostenible para la industria del procesamientodeplásticos. Las simulaciones indicaron que los sistemas diseñados son capaces de satisfacer lasdemandas de calor requeridas para la producción de mangueras de riego, destacando su potencial para mejorar la eficiencia operativa y reducir los costos asociados. Estos hallazgos subrayanlaposibilidad de adoptar tecnologías renovables de energía solar térmica en aplicaciones industriales, como lo es en este caso para industrias de extrusión en el procesamiento de plástico reciclado, promoviendo una transición hacia operaciones más respetuosas con el medio ambienteyrespaldando los objetivos de sostenibilidad global.
Estudio de prefactibilidad sobre un aditivo de cementación como nueva tecnología implementado en el sector de hidrocarburos, caso de estudio: FDP-C1371-19, Halliburton Latin America
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-06) Velasquez Daza, Jorge Duvan; Avellaneda Vargas, Freddy Augusto; Castro Molano, Liliana del pilar; Ballesteros Rueda, Luz Marina
Fundada en 1919, Halliburton Latin America es una destacada multinacional en el sector de gas y petróleo, con especialización en catorce líneas de servicio de productos (PSL). La línea de cementación, centrada en aislar hidráulicamente (tubería de revestimiento) pozos con cemento o en el abandono de pozos, ha sido clave en su diferenciación y expansión global. La adaptación de fluidos de cemento con aditivos, mediante alternativas tecnológicas, es un enfoque distintivo que responde a los requerimientos del cliente, La metodología de la práctica se dividió en tres etapas para cumplir con los objetivos. La primera etapa abordó un estudio de mercadeo y la comprensión del entorno de servicios de cementación en Colombia, con énfasis en los aditivos convencionales. La segunda etapa contrastó datos a través de pruebas reológicas de laboratorio y aplicó las propiedades a una lechada de cementación experimental y al estudio de caso del pozo Castilla Norte 464. Finalmente, se calculó el Valor Presente Neto (VPN) y la Tasa Interna de Retorno (TIR) del FDP-C1371-19 para evaluar su factibilidad económica, este aditivo es la nueva propuesta compañía Halliburton como agente controlador de perdida en un pozo de cementación petrolero y de esta manera ser una propuesta de captación de clientes.
Evaluación de la hidrólisis de sangre bovina empleando Gelzyme L 500 para la obtención de hierro hemo
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-29) Parra Jaimes, Cristian Jhoany; Prada Morales, Harold Johan; Sanchez Torres, Viviana; Angarita Rangel, María Angélica; Muvdi Nova, Carlos Jesus; Nabarlatz, Debora Alcida
Entre las insuficiencias nutricionales en los niños, la deficiencia de hierro es una de las más comunes. La hidrólisis enzimática es una alternativa para obtener hierro hemo contenido en la sangre bovina, subproducto cárnico que es producido en grandes cantidades dentro del país. Por tal razón, este trabajo de grado evaluó la hidrólisis de sangre bovina empleando la proteasa alcalina líquida Gelzyme L 500 para la obtención de hierro hemo. En primer lugar, se seleccionaron las condiciones de pH y temperatura necesarios para obtener el mayor grado de hidrólisis, para esto, se trabajó un volumen de reacción de 500 mL considerando distintos niveles de pH (8, 9 y 10) y de temperatura (45, 55 y 60 °C) y una concentración de enzima:sustrato al 0.7 %p/p en un tiempo de reacción de 120 minutos. Como resultado se obtuvo, un grado de hidrólisis de 10.03% a 55 °C con pH 10. Luego, se determinó la influencia de la relación enzima:sustrato empleando tres niveles distintos (0.75, 1.25 y 1.75 %p/p) y tiempo de hidrólisis (30, 60 y 90 minutos) en el grado de hidrólisis y contenido de hierro hemo en los hidrolizados con las condiciones seleccionadas de pH y temperatura. Finalmente se encontró que, el mayor grado de hidrólisis fue de 16.55% utilizando concentración enzima:sustrato al 1.75 %p/p a los 90 minutos. Por otro lado, la mayor concentración de hierro hemo fue de 5191.8 mg/L con una concentración enzima:sustrato al 1.25 %p/p a los 60 minutos.
Evaluación técnico financiera de estrategias de valorización de residuos en una empresa de servicios públicos
(Universidad Industrial de Santander, 2024-07-31) Gamboa Fajardo, Luis Fernando; Morales Medina, Giovanni; Ramirez Caballero, Gustavo Emilio; Chaves Guerrero, Alex
La crisis energético ambiental global lleva a buscar alternativas a las fuentes de energía comunes no renovables y buscar maneras de aprovechar los residuos generados día a día. Los residuos peligrosos en Colombia generalmente se envían a celdas de seguridad donde se tratan y disponen de manera segura, sin embargo, se generan pasivos ambientales al aglomerar residuos en un sitio y encapsularlos. A partir de esto, se buscan alternativas de aprovechamiento de residuos que logren incluirlos nuevamente en la cadena de valor y así generar un proceso circular y sostenible. Ante esto, este proyecto evalúa la prefactibilidad técnico financiera de la capacidad de capitalizar alternativas de aprovechamiento como el CDR y la incineración con aprovechamiento energético. Se realiza una evaluación de cantidad y características de los residuos peligrosos aprovechables, seguido de experimentación de fórmulas de residuos, evaluación de equipos y recursos necesarios y análisis financiero con proyección a 20 años de las dos alternativas. Por último, con el fin de sentar las bases para la implementación de un sistema de aprovechamiento de residuos peligrosos, se determina que la alternativa de aprovechamiento en CDR aporta mayores aportes económicos según la proyección e indicadores económicos y adicionalmente, es técnicamente más sencilla en su operación, siendo idónea como primer sistema de aprovechamiento.
Evaluación de alternativas tecnológicas para la valorización del lactosuero en medianas y pequeñas empresas lácteas mediante una revisión bibliográfica
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-22) Carvajal Lozano, Daniela Yuliana; Navarro Probst, Felipe; Lambis Benítez, Luis Enrique; Cristancho Perilla, Robin Alexis; Escalante Hernández, Humberto; Muvdi Nova, Carlos Jesús
El suero lácteo, un subproducto generado en grandes volúmenes en Colombia, a menudo se convierte en un contaminante debido a la falta de alternativas tecnológicas para su manejo, incrementando la demanda biológica de oxígeno en las fuentes hídricas. Este artículo de investigación tiene como objetivo recopilar información sobre cómo las empresas lácteas de Bucaramanga están gestionando este subproducto, a través de una encuesta dirigida a pequeñas y medianas empresas (PYME). La investigación busca indagar las diferentes alternativas tecnológicas que podrían implementarse en cada empresa para optimizar la valorización del lactosuero. La metodología empleada incluyó una búsqueda, selección y revisión bibliográfica sobre los aspectos más relevantes del lactosuero y las posibles vías para su valorización. La revisión permitió identificar dos principales alternativas tecnológicas viables para las pymes: la biotecnología y las tecnologías de separación por membranas. Se estableció un sistema de selección tecnológica basado en el método AHP (Analytic Hierarchy Process), que facilita la elección de la mejor estrategia tecnológica en función del costo de inversión, el espacio disponible y la cantidad de lactosuero necesario para obtener los productos deseados. La implementación de estas alternativas no solo puede aumentar la rentabilidad de las empresas lácteas, sino también reducir la contaminación ambiental y ofrecer soluciones sostenibles.
Evaluación de la influencia del tipo de aceite y la concentración de un modificador reológico en la estabilidad y perfil sensorial de una crema facial que incorpora biocera
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-28) Larrota Ibarguen, Juliana Andrea; López Giraldo, Luis Javier; Aguilar Navas, Laura Carolina; Sánchez Torres, Viviana; Chaves Guerrero, Arlex
La estabilidad de una emulsión es uno de los factores más importantes para la industria cosmética, debido a que garantiza la calidad de los cosméticos y satisface las expectativas de los consumidores. El objetivo de este estudio fue evaluar la influencia del tipo de aceite y la concentración de un modificador reológico en la estabilidad y perfil sensorial de una crema facial que incorpora biocera al 3%. Para ello, se desarrollaron seis prototipos de cremas las cuales se sometieron a un estudio de estabilidad acelerada durante dos meses bajo temperaturas de 25°C y 45°C. Para determinar la influencia de la concentración (0%, 2,5% y 5% p/p) del modificador reológico y la polaridad de dos tipos de aceite (Natura-Tec Plantsil™ y Cetiol ® C5), en la estabilidad de la crema facial, se realizaron pruebas de separación de fases, resistencia a la centrífuga, curvas de viscosidad y módulo de almacenamiento (G’). Los resultados indicaron que el tipo de aceite y la concentración del modificador reológico influyen en la estabilidad de las cremas, observándose que las formulaciones con Cetiol ® C5 (aceite de menor polaridad) y una alta concentración de modificador reológico presentan una mejor estabilidad. Además, para determinar el perfil sensorial de cada una de las cremas, se llevó a cabo un análisis sensorial con 11 panelistas previamente entrenados, cuyos resultados indicaron que las muestras con mejores características sensoriales fueron los que contenían concentraciones de 0% y 2,5% de modificador reológico y el aceite de polaridad menor. Finalmente, la crema con los mejores resultados fisicoquímicos y organolépticos fue la formulada con Cetiol ® C5 y un 2,5% de Compritol® 888 GG ATO.
Simulación Molecular Del Proceso De Fusión De Materiales Utilizados En El Almacenamiento De Energía
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-21) Gordillo Camelo, Daniel Santiago; Carreño Ballesteros, Trino Javier; Morales Medina, Giovanni; Barajas Ferreira, Crisostomo; Kafarov, Viatcheslav
La transición hacia fuentes de energía renovables ha despertado un interés creciente en la optimización de su eficiencia y la superación de sus desafíos inherentes. Un enfoque crítico para mejorar la sostenibilidad de estas fuentes es la innovación en sistemas de almacenamiento de energía eficientes que disminuyen la dependencia de los combustibles fósiles en el suministro de energía cotidiano. Los materiales de cambio de fase (PCM) juegan un papel crucial en estos sistemas, ya que tienen la capacidad de almacenar y liberar grandes volúmenes de energía durante el cambio de fase, manteniendo una temperatura casi constante. Este estudio se centra en la exploración del comportamiento de la parafina, un PCM ampliamente reconocido, a nivel molecular. Se emplea un espacio rectangular como caja de simulación para observar cómo se comporta la parafina en diversos estados. Se evalúa inicialmente el rendimiento térmico del PCM, analizando cómo su temperatura influye en factores clave como la viscosidad, el flujo de calor, la conductividad térmica y el tiempo de cambio de fase. Además, se llevan a cabo análisis exhaustivos de perfiles de energía, que incluyen potencial cinético, energía potencial de Van der Waals, viscosidades, perfiles RDF (función de distribución radial) y MSD (desplazamiento cuadrático medio). Estos análisis ofrecen una comprensión más profunda de las propiedades termodinámicas y estructurales de la parafina en diferentes condiciones, la investigación muestra que aumentar la temperatura inicial (de 300 K a 350 K) mejora el rendimiento del PCM lo que contribuye a optimizar su aplicación en sistemas de almacenamiento.
EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN DE LA UNIDAD VISCORREDUCTORA II CON UN SÓLO HORNO EN LA REFINERÍA DE BARRANCABERMEJA DE ECOPETROL S.A.
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-23) Higuera Mejía, Joan Fernando; Sandoval Correa, Andrea Paola; Duarte León, Diana Marcela; Martinez Rey, Ramiro; Avellaneda Vargas, Fredy Augusto
El propósito de esta investigación fue evaluar la viabilidad de operar la Unidad Viscorreductora II de la GRB con un solo horno. Originalmente, esta unidad fue diseñada para procesar 24 mil barriles por día (KBPD) de fondos provenientes de la Unidad Demex, utilizando dos hornos que operan en paralelo. Cada horno requiere una carga mínima de 10 KBPD y máxima de 12 KBPD debido a condiciones de diseño. Actualmente, la carga promedio de la unidad se ha reducido a 12 KBPD de fondos Demex. Para garantizar la carga mínima a los hornos se mantiene una recirculación promedio de 10 KBPD, la cual es parte de su producto final (BREA). Aunque la carga de la unidad se ha reducido a la mitad, no se ha observado una disminución proporcional en el consumo de gas combustible. Los hornos consumen 125,78 MBTU/h a máxima carga, y su operación actual con casi una reducción del 50% de su carga, presenta un consumo de gas combustible de 112,16 MBTU/h. Para reducir este consumo, se proponen dos alternativas. La opción más viable contempla dejar un horno en modo de preservación, inicialmente utilizando gas combustible. Esta estrategia busca reducir el consumo de gas combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), además de proporcionar flexibilidad operativa a la planta. Permitirá variar la carga desde 10 KBPD hasta 24 KBPD al encender el horno en preservación, en caso de ser necesario debido a altos inventarios en la GRB. Esta alternativa también tiene el beneficio de mejorar la continuidad operativa de la unidad, ya que, al realizar mantenimiento al horno que está en operación, el horno preservado puede ser puesto en funcionamiento. Se espera una reducción en el consumo de gas combustible de entre 5,12 MBTU/h y 16,96 MBTU/h, lo que equivale a una disminución de 2.706 TonCO2e/año a 8.957 TonCO2e/año. El ahorro económico estimado oscila entre USD 269.000,00 y USD 890.000,00, considerando un precio de USD 6,00 por MBTU de gas combustible. Es importante destacar que este proyecto es viable y estos beneficios se lograrán siempre que se pueda producir vapor mediante alguna alternativa presentada en el Estudio de Conceptualización, suplir los requerimientos energéticos de la torre T2502 de la Unidad Demex y encontrar un método de preservación del horno que consuma poco o no consuma gas combustible.
Evaluación de la composición nutricional y propiedades funcionales de harinas elaboradas a base de tres variedades de papa colombiana
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-26) Robles Niño, Wendy Cristina; Sierra Cuadros, Alvaro José; Sánchez Torres, Viviana; Cuarán, Viviana Lucía; Páez Madariaga, Oliva Yineth; Wroblesnino@gmail.com; Muvdi Nova, Carlos Jesús; Nabarlatz, Debora Alcida
La riqueza de la biodiversidad de Colombia permite que se cuente con más de 800 tipos de papa hasta la fecha, muchos son desconocidos por la población y con ello las propiedades que pueden ofrecer para fabricar diferentes productos dentro de la industria alimentaria. El presente estudio se basó en la producción de harina de papa utilizando las variedades colombianas Parda Pastusa, Perla Negra y Mary, la evaluación de las propiedades funcionales y la composición nutricional. Se analizó tanto el contenido de grasa, humedad, proteína, fibra cruda, carbohidratos, hierro y ceniza como la densidad aparente y comprimida, absorción de agua y aceite, ángulo de reposo e intensidad de color comparándolas con una harina de trigo tradicional. La composición nutricional para las harinas de papa resultó ser similar en contenido de humedad oscilando entre 7.66 - 8.69%, grasa entre el 0.45 y 0.55 %, fibra cruda con un porcentaje promedio de 1.39% y carbohidratos 85%, sin embargo, el contenido de hierro, proteína y ceniza fue diferente para cada harina. Del mismo modo las propiedades funcionales no presentaron una variación significativa a excepción de la capacidad de absorción de agua la cual varió en un rango de 92 – 784.1 % teniendo un valor más alto la harina elaborada con papa Mary. Los rendimientos de producción oscilaron entre los 15.75 – 18.1 % en base húmeda sobresaliendo la harina de papa parda Pastusa. En conclusión, los resultados obtenidos indican que la variedad de papa influye en la capacidad de absorción de agua y rendimientos de las harinas. Palabras clave: Harina de papa; Inhibición enzimática; Papa perla negra, Papa Mary, Papa parda pastusa.
COMUNIDAD ENERGÉTICA A PARTIR DE RESIDUOS PLÁSTICOS: PREFACTIBILIDAD TÉCNICO-FINANCIERA PARA UN MUNICIPIO EN SANTANDER
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-23) Ortiz Cárdenas, Nicolás Hernando; Estupiñan Sarmiento, Fernando Enrique; Morales Medina, Giovanni; Barajas Ferreira, Crisostomo; Kafarov, Viatcheslav
El estudio analiza la viabilidad técnica y económica de implementar la pirólisis de residuos plásticos para generar energía eléctrica en la Vereda El Carrizal, Girón, Colombia. Se identifica que la presencia de PET en los residuos plásticos puede ser un desafío, debido a la eficiencia limitada en la separación y clasificación de residuos. A pesar de ellos, la planta propuesta podría generar 36,433 kW/día, abasteciendo a 2,838 hogares, incluyendo 875 de la comunidad objetivo, con un excedente del 69% para venta al municipio de Girón, cubriendo el 4% de su demanda energética residencial. El diseño preliminar contempla los equipos necesarios y las condiciones operativas para asegurar la producción de energía, destacando las medidas de seguridad y prevención. La prefactibilidad es positiva, con un LCOE de 236,23 COP/kWh, competitivo respecto a otras fuentes. La energía se vendería a 300 COP/kWh, resultando en un ROI de 195%, un VPN de 9,430 millones COP, una TIR del 52% y un WACC 13%. Se evaluaron variantes del proceso, encontrando que la rentabilidad se mantiene con un porcentaje de purga hasta el 20%. Los resultados avalan la viabilidad del proyecto, recomendando avanzar al análisis de factibilidad y considerar la venta de oxígeno como subproducto. La implementación de la pirólisis de residuos plásticos en esta comunidad energética muestra alta probabilidad de éxito, proporcionando una solución sostenible y económica para la generación de energía.
Obtención de una base biolubricante a partir de aceite crudo de palma mediante el método de transesterificación inversa
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-23) Donado Padilla, Felix; Torrado Figueredo, Stefany Paola; Avellaneda Vargas, Fredy Augusto; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; Martinez Rey, Ramiro
La creciente preocupación ambiental y la demanda de lubricantes han impulsado la búsqueda de alternativas sostenibles, considerando al aceite crudo de palma (CPO) como una posible materia prima. En esta investigación se utilizó el CPO para la producción de bases biolubricantes. El aceite fue pretratado mediante esterificación ácida para disminuir su contenido de ácidos grasos libres (FFA). Los ésteres de poliol (PE o base biolubricante) se sintetizaron luego de dos etapas de transesterificación alcalina. La primera en la que se obtuvieron ésteres metílicos de aceite de palma (POME) con un 98.5 %FAME y la segunda (transesterificación inversa), en la que reaccionó el POME con trimetilolpropano (TMP) en presencia del catalizador metóxido de sodio. Se estudió el efecto de la temperatura de reacción (103-137 °C), la razón molar POME:TMP (3.23:1-4.57:1) y el tiempo de reacción (53-187 min) en la transesterificación inversa, usando un diseño central compuesto. Todas las variables tuvieron un efecto sobre la viscosidad del producto, siendo afectada negativamente por aumentos en la razón molar y favorecida por aumentos en el tiempo y temperatura de reacción, sin embargo, estas dos últimas disminuyeron el rendimiento del producto, debido a la formación de jabón graso (FS). Las mejores condiciones de reacción fueron: razón molar de 3.50:1, temperatura de reacción de 130 °C y tiempo de reacción de 160 min; operando a 150 mbar, con una carga de catalizador de 0.75 %p/p. La base biolubricante tuvo una viscosidad a 40 °C de 29.18 cSt, lo que la clasificó como un lubricante ISO VG 32, a 100 °C presentó una viscosidad de 6.24 cSt, su índice de viscosidad (VI) fue de 172, superior al de un lubricante mineral y su punto de fluidez (PP) de 12°C. el contenido de PE fue de 79.9% y el rendimiento de 61.32 %.
Diseño y evaluación de estrategias para la estabilización de un fertilizante en suspensión de la empresa Suministros de Colombia S.A.S
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-23) Ramírez González, Wilson Daniel; Duarte Duarte, Diana Paola; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; Arcila Salinas, Neyda María; Laverde Cataño, Dionicio Antonio; Kafarov, Viatcheslav
Suministros de Colombia S.A.S (Sumicol) es una empresa de la Organización Corona, que cuenta con diferentes minas y plantas de procesamiento de minerales alrededor de toda Colombia. Esta empresa se dedica a producir y comercializar “mezclas y materiales de alto valor agregado a través del procesamiento de diferentes minerales” (Suministros de Colombia [Sumicol], s.f.). Entre sus productos, cuentan con un fertilizante de calcio en suspensión que ha venido presentando problemas de estabilidad fisicoquímica. Estos problemas, de origen desconocido, se han evidenciado tanto en los reclamos de los clientes como en el producto que se encuentra en inventario, pues, unos meses después de su producción, se observa la presencia de geles y sedimentos que dificultan la redispersión de la suspensión. El presente documento detalla el diseño y evaluación de algunas estrategias para la estabilización de este fertilizante. Para ello, se realizó una revisión del producto actual (composición, especificaciones técnicas y variables operativas) junto con una búsqueda bibliográfica para identificar los posibles factores que podrían estar afectando la estabilidad de la suspensión y cómo mejorarlos. Una vez contextualizado el fenómeno fisicoquímico, se ejecutaron pruebas a nivel piloto para determinar la estabilidad de diferentes suspensiones variando los componentes del producto y sus composiciones. La estabilidad se midió utilizando pruebas de reología, potencial zeta, tamaño de partícula y estabilidad acelerada. Finalmente, a la suspensión que mostró mayor estabilidad debido a su grado mínimo de sedimentación y gelificación, se le hizo un análisis de factibilidad técnica para determinar si los cambios realizados en la formulación pueden escalarse a nivel industrial. Según los resultados, se determinó que mantener constantes las variables operativas a las que se produce actualmente el fertilizante garantiza una buena estabilidad. Sin embargo, resulta fundamental realizar cambios en la fórmula del producto, específicamente en la concentración de sólidos y del espesante. De este modo, se determinó que es técnicamente factible escalar a nivel industrial el fertilizante basado en calcio disminuyendo el contenido de sólidos e incrementando la concentración del espesante.
Obtención de una base biolubricante a partir de la transesterificación inversa de aceite de ricino
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-21) Infante Díaz, Cristian Jhaidiver; Cristancho Martínez, Diego Alejandro; Avellaneda Vargas, Fredy Augusto; Viejo Abrante, Fernando; Ballesteros Rueda, Luz Marina
Una sustancia crucial para el buen funcionamiento de casi cualquier maquinaria industrial son los lubricantes, estos ayudan a evitar el desgaste de las piezas internas debido al rozamiento entre las mismas generando una especie de película. A pesar de disponer de múltiples tipos de lubricantes, la forma de sintetizarlos se hace a partir de la misma materia prima; el petróleo, con consecuencias no favorables sobre algunos ecosistemas. Por esta razón, se ha generado la necesidad de explorar nuevos métodos de obtención más sostenibles; la síntesis de biolubricantes empleando sustancias oleaginosas ha despertado un creciente interés en los estudios recientes, en muchas ocasiones han demostrado tener mejores propiedades como aceites de lubricación. Esta investigación se basó en obtener una base biolubricante a partir de aceite de ricino como materia prima para producir ésteres metílicos (biodiésel) de la misma sustancia y posteriormente, emplear el método de transesterificación inversa usando trimetilolpropano (TMP) como reactivo límite para obtener los ésteres de poliol (biolubricante). Para ello, se propuso un diseño experimental central compuesto variando la razón molar, el tiempo de reacción y la temperatura con el fin de determinar unas condiciones adecuadas para la obtención de la base biolubricante, analizando el rendimiento y algunas propiedades fisicoquímicas como la viscosidad, el índice de viscosidad y la densidad. Una vez identificadas se realizó una comparación con un lubricante comercial a base de petróleo, evidenciando el potencial que tiene para convertirse en una sustancia de lubricación y, por lo tanto, brindar una alternativa más amigable con el medio ambiente. Algunos de los experimentos en esta investigación presentaron una gelificación, para estas muestras se realizó un análisis por separado a las demás. Para la comparación, se seleccionaron unas condiciones que permitieron obtener una base biolubricante en estado líquido, los mejores resultados en este trabajo fueron empleando una temperatura de 120 °C, tiempo de reacción de 120 minutos y razón molar (moles biodiésel/ moles de TMP) de 3,84; presentado características similares a los lubricantes con los que se comparó, de igual materia prima y de una base de petróleo comercial.
Evaluación de la bioaccesibilidad in vitro de polifenoles de cáscara de cacao encapsulados y formulados en una matriz de chocolate
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-22) Garcés Niño, Jeraldine Pricila; Guerrero González, Karen Fabiana; López Giraldo, Luis Javier; González Morales, Astrid Natalia; López Contreras, Yuly Fernanda; Escalante Hernández, Humberto
El cacao es rico en compuestos bioactivos que actúan reduciendo el estrés oxidativo que genera enfermedades neurodegenerativas y cardiacas, entre otras. Los polifenoles extraídos de la mazorca del cacao no solo permiten el aprovechamiento de residuos, sino también la formulación de alimentos nutraceúticos, beneficiosos para la salud. Sin embargo, los polifenoles se degradan o desnaturalizan en el proceso de transformación del cacao y en el tracto digestivo luego de su consumo, limitando su beneficio en el organismo; para protegerlos se ha propuesto su encapsulación usando diferentes técnicas como el secado por aspersión y la coacervación compleja empleando goma arábiga como agente de pared que, además, facilita una liberación controlada del compuesto activo en procesos digestivos. De acuerdo con lo anterior, se estudió la bioaccesibilidad y variación de la capacidad antioxidante de chocolate negro formulado con polifenoles encapsulados extraídos de la mazorca del cacao usando como agente de pared la goma arábiga mediante dos métodos de encapsulación, secado por aspersión y coacervación compleja. Para este fin se realizó digestión in vitro a cada formulación usando el método descrito por Minekus. Para la cuantificación de polifenoles se usó el método de Folin-Ciocalteu y la actividad antioxidante se determinó usando el método de capacidad de absorción de radicales de oxígeno (ORAC). Se observó que la adición de polifenoles encapsulados en la matriz alimentaria permite obtener una bioaccesibilidad de 43,472% y una capacidad antioxidante de 473,451 µmolTE/gmc para la concentración de 28 mgEAG/gmc de chocolate enriquecido con encapsulados de secado por aspersión (incremento en la bioaccesibilidad de 100% en comparación al chocolate sin enriquecer). Asimismo, se encontró una correlación directa entre la actividad antioxidante y la cuantificación de polifenoles totales. En conclusión, el enriquecer chocolate con polifenoles encapsulados aumenta su bioaccesibilidad y capacidad antioxidante.
Estudio de la viabilidad técnica de la cavitación en el tratamiento de aguas residuales para la empresa AC Ingeniería Virtual
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-22) Lemus Moreno, Laura Daniela; Granados Alba, María Isabel; Guerrero Amaya, Hernando; Álvarez Castro, Helver Crispiniano; Barajas Ferreira, Crisostomo; Laverde Cataño, Dionicio Antonio
AC Ingeniería Virtual, ubicada en Bucaramanga, Santander, se especializa en tecnología avanzada, incluyendo simulación computacional, visión e inteligencia artificial para procesos industriales. Recientemente, diseñó y construyó un reactor avanzado de cavitación hidrodinámica rotacional. Este reactor es una solución innovadora para el tratamiento de aguas residuales, ya que supera las limitaciones de los métodos convencionales de tratamiento terciario o avanzado. La cavitación hidrodinámica no requiere productos químicos adicionales y es más rápida. Esta tecnología tiene el potencial de ser aplicada en varios sectores industriales. Este trabajo de grado se centró en evaluar la viabilidad técnica de la cavitación en la desinfección de aguas residuales, centrándose en la bacteria Escherichia coli como indicador de contaminación, se realizó un diseño experimental para determinar la influencia del número de pasadas por el ARHCR y se realizaron pruebas experimentales utilizando agua simulada preparada con agua del grifo y contaminada con una cepa pura de Escherichia coli, en lugar de utilizar agua doméstica real. Los resultados demostraron una diferencia significativa en la reducción de la concentración de Escherichia coli al comparar 0 pasadas con 30, 45 y 60 pasadas por el ARHCR. A medida que se incrementaba el número de pasadas, se observó una disminución en la concentración de Escherichia coli. Finalmente, en base al análisis de datos obtenidos, se confirma que al aumentar el número de pasadas por el ARHCR se mejora la eficiencia del proceso de desinfección. En comparación con otras tecnologías, la cavitación hidrodinámica se destaca como la más efectiva debido a su alta eficiencia energética. Además, presenta costos operativos y de mantenimiento moderados. Es fácil de operar, no genera residuos, y su tiempo de proceso varía de minutos a horas, lo que la convierte en la opción más eficiente y viable para la desinfección de aguas residuales.
Efecto de las condiciones de operación del secado por aspersión sobre la eficiencia de encapsulación y bioaccesibilidad de polifenoles extraídos de cáscara de cacao
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-22) Machuca Guatibonza, Luisa Fernanda; Ibañez Barrera, Lina Rocio; López Giraldo, Luis Javier; González Morales, Astrid Natalia; Castro Molano, Liliana del Pilar; Viejo Abrante, Fernando
La cáscara de cacao, que constituye entre el 52-70% del peso fresco del fruto, contiene compuestos bioactivos beneficiosos para la salud, pero son inestables bajo ciertas condiciones ambientales. Para proteger estos compuestos y prolongar su actividad biológica, se emplean técnicas de encapsulación. Este estudio evaluó las condiciones de secado por aspersión para encapsular extractos polifenólicos de la cáscara de cacao de la especie CCN-51, ajustando variables operativas como la temperatura del aire de secado, el flujo de alimentación de muestra y el caudal volumétrico del aire de secado. Se analizaron parámetros como el rendimiento y eficiencia de carga, la bioaccesibilidad de compuesto activo bajo digestión in vitro y su actividad antioxidante. El contenido total de polifenoles en las microcápsulas, tanto digestadas como sin digestar, se determinó mediante el método Folin-Ciocalteu, la cuantificación de los principales compuestos polifenólicos se realizó mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC UV-VIS). La capacidad antioxidante se evaluó mediante la técnica de absorción de radicales de oxígeno (ORAC) y la bioaccesibilidad se determinó simulando el tracto gastrointestinal. Un análisis de varianza (ANOVA) permitió identificar los efectos principales e interacciones de los factores en el diseño experimental. La mejor condición reportada incluyó una temperatura de secado de 165°C, flujo de alimentación de 12 ml/min y caudal volumétrico del aire de secado de 32 m³/h. Bajo estas condiciones, se obtuvo un contenido total de polifenoles (CTP) de 14,938 ± 0,292 mgEAG/gEE, una eficiencia de carga del 38,302% ± 0,314 y una capacidad antioxidante de 1001,814 ± 34,696 µmol/g de muestra. Los resultados demostraron que las condiciones operativas afectan significativamente las variables de respuesta. El rendimiento aumentó con la temperatura y la disminución del flujo. La temperatura mostró un efecto positivo sobre el CTP, aunque incrementos excesivos pueden degradar los compuestos polifenólicos.
Producción de oligosacáridos mediante autohidrólisis de cáscara de cacao
(Universidad Industrial de Santander, 2023-12-12) Jaimes Villamizar, Geoffry Farid; Gómez Castillo, Dana Carolina; Alcida Nabarlatz, Debora; Quintero Prada, Laura Valentina; Ramirez Caballero, Gustavo Emilio; Ballesteros Rueda, Luz Marina
El presente trabajo de investigación consistió en determinar las condiciones de operación adecuadas para maximizar el rendimiento de producción de oligosacáridos a partir de la cáscara de cacao, el cual es uno de los principales residuos generados a partir de este fruto en Colombia. Para esto, se realizó una autohidrólisis a escala laboratorio en reactores de 50 mL empleando diferentes condiciones de tiempo y temperatura para la extracción de los oligosacáridos. La cuantificación de oligo y monosacáridos presentes en el licor se realizó mediante HPLC y SEC. Adicionalmente, se cuantificaron los polifenoles totales y el sólido remanente. Las condiciones que permitieron obtener el mayor rendimiento de extracción de xilo-oligosacáridos se validaron a escala piloto en un reactor batch de 20 L. Los resultados mostraron que el hidrolizado obtenido a las condiciones de temperatura de 180°C y tiempo de reacción de 30 minutos alcanzó una concentración máxima de xilo-oligosacáridos de 10.714 g/L, así como una concentración máxima de oligómeros de glucosa de 6.461 g/L. El modelo cinético para la reacción de autohidrólisis permitió ajustar los parámetros que describen la producción de oligosacáridos, los cuales presentaron un ajuste (R^2) superior a 0.97 respecto a los valores experimentales.
Formulación y caracterización de emulsiones electroreológicas de óxido de grafeno
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-21) Rincón Plata, Clara Isabel; Chaves Guerrero, Arlex; Contreras Mateus, María Daniela; Gomez Sanabria, Valentina; Escalante Hernández, Humberto; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso
Las propiedades conductoras del óxido de grafeno (GO) y su potencial como agente Pickering, lo han convertido en un foco de estudio en el campo de la electroreología. En este trabajo, se formularon emulsiones electroreológicas W/O utilizando GO, Span 20 y una mezcla de Span 20/Span 80 como surfactantes. La estabilidad de los sistemas fue evaluada mediante registro fotográfico para cuantificar la separación de fases, microscopía óptica para determinar el tamaño promedio de gota y seguimiento de las propiedades reológicas en el tiempo mediante curvas de viscosidad y barridos de amplitud. Las emulsiones demostraron ser estables visualmente por más de 30 días, a excepción de aquellas con menor concentración de surfactante (2,5%), las cuales presentaron coalescencia tras dicho periodo. Se observó que el aumento en la concentración del surfactante genera mayor estabilidad en los sistemas, aunque tuvo un impacto leve en la velocidad de sedimentación y distribución de tamaños de gota en los sistemas estabilizados con la mezcla Span 20/Span 80. El efecto estabilizante del GO se comprobó al comparar con emulsiones en ausencia de este, las cuales presentaron menores valores de viscosidad y módulos de almacenamiento y pérdidas. No fue posible realizar pruebas de caracterización electroreológica en emulsiones con alto contenido de agua, debido al rompimiento de la emulsión bajo campo eléctrico. Por tanto, se sometieron a caracterización electroreológica suspensiones oleosas con distintas muestras de GO y emulsiones O/O con parafina clorada y silicona cosmética. Se registraron respuestas positivas en los sistemas; sin embargo, en las emulsiones, la adición de GO redujo su viscosidad y estabilidad, mostrando rápida coalescencia de gotas debido a la baja afinidad oleofílica del GO. Solo en los sistemas con parafina clorada como fase dispersa, la adición de GO incrementó la respuesta electroreológica.
Influencia de las variables de operación sobre el índice de reactividad del clinker en la planta Rioclaro Cementos Argos S.A.
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-20) Ávila Guerrero, Juan David; Pedraza Avella, Julio Andrés; Sotelo Lopéz, David Julián; Barajas Ferreira, Crisostomo; Laverde Cataño, Dionicio Antonio
El presente trabajo de grado tuvo como objetivo analizar la influencia de las variables de operación del proceso sobre el índice de reactividad del clinker (IRC) en la Planta de Cementos Argos S.A. Rioclaro. Para ello, se tomaron muestras del clinker, registrando las 13 variables de operación: temperatura de entrada al horno (TE), temperatura aire secundario (TS), temperatura del calcinador (TC), presión aire primario (PAP), presión aire terciario (PAT), presión soplador horno (PSH), presión soplador calcinador (PSC), presión de la cama de enfriador (PCE), temperatura de la salida de gases downcomer (TSD), temperatura de la salida de gases aire de exceso (TSG), alimentación del horno (ALH), velocidad del horno (VH) y oxígeno en cámara (OX). Las muestras se observaron por microscopia óptica y se analizó su morfología microestructural con el fin de determinar el IRC, de acuerdo con el protocolo de la planta. Durante los seis (6) meses de la práctica empresarial se analizaron 37 muestras, obteniéndose valores de IRC entre 0,849 y 0,597. Posteriormente, se realizó un análisis de regresión lineal múltiple con el fin de desarrollar un modelo para correlacionar las variables de operación con el IRC. Para ello se normalizaron los datos recolectados y se eliminaron las variables menos significativas estadísticamente (Valor-P > 0.05) así como los datos atípicos (valores estudentizados > 2). El modelo con mejor ajuste (𝑅^2 = 0,853) se obtuvo considerando 7 variables de operación (TE, PAP, PSH, PSC, PCE, ALH, VH) y eliminado 11 datos atípicos. No obstante, teniendo en cuenta la relevancia fisicoquímica de TC en el proceso de producción de clinker, se decidió incluir esta variable en el modelo. Esto condujo a un mejor ajuste (𝑅^2 = 0,971) pero implico la eliminación de 16 datos atípicos.

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