Maestría en Ingeniería Química

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    Evaluación de la influencia ambiental, técnica y económica del uso de biogás como materia prima en los procesos de reformado de metano con vapor y en seco para la producción de hidrógeno
    (Universidad Industrial de Santander, 2024-03-01) Rodríguez Cortés, Paula Yulieth; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Uribe, Ariel; Morales Medina, Giovanni; Karelovic Burotto, Alejandro
    En esta investigación, se lleva a cabo un estudio comparativo entre cuatro tecnologías ampliamente empleadas en la producción de hidrógeno mediante el reformado de metano: 1) Reformado de metano con vapor de agua a partir de gas natural (SMR con gas natural) a escala industrial, 2) Reformado de metano con vapor de agua a partir de biogás (SMR con biogás) a escala piloto, 3) Reformado de metano en seco a partir de gas natural (DMR con gas natural) a escala industrial y 4) Reformado de metano en seco a partir de biogás (DMR con biogás) a escala piloto. La comparación se llevó a cabo mediante estudios técnico, económico y ambiental utilizando simulaciones en Aspen Plus y Aspen Energy Analyzer. Los resultados indican que la tecnología SMR con gas natural exhibe una mayor viabilidad técnica, económica y ambiental en comparación con las otras opciones. Además, se implementó una integración energética en esta tecnología, resultando en un diseño óptimo de red de intercambio, y se incorporó una etapa de Captura de Carbono con monoetanolamina (MEA).
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    Evaluación de propiedades termofísicas de compuestos heterocíclicos y policíclicos para aplicaciones de in situ upgrading
    (Universidad Industrial de Santander, 2024-02-26) Riaño Núñez, Dayra Lisseth; Guerrero Amaya, Hernando; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Cea Mingueza, Pilar; Martínez Ortega, Fernando
    En los últimos 20 años se ha observado un aumento del 50% en la producción del crudo pesado, en el cual la presencia de heterocompuestos reduce su calidad. Un proceso de recobro mejorado, in situ upgrading, ayuda a la remoción de este tipo de compuestos antes que el crudo sea llevado a la refinería. La industria del petróleo se enfrenta al reto de la predicción de propiedades termofísicas, como lo es la densidad, la cual tiene alta relevancia. De esta manera, la obtención de datos exactos de presión-densidad-temperatura es fundamental. Adicionalmente, información de nivel molecular se puede obtener del análisis de densidad a alta presión. Por otro lado, el crudo pesado tiene un contenido alto de asfaltenos y resinas, en cuyas estructuras se pueden encontrar anillos aromáticos con alquilados, naftenos y heteroátomos (nitrógeno, azufre y oxígeno). Los datos de presión-densidad-temperatura fueron obtenidos para soluciones en ciclohexanos de compuestos heterocíclicos y policíclicos distribuidos en tres grupos: aromáticos (Fenantreno y 2,6-Dietilnaftaleno), órgano-sulfurados (dibenzotiofeno) y órgano-nitrogenados (9-etilcarbazol y quinolina) a posibles condiciones del proceso in situ upgrading (373.15-473.15K y 2-40 MPa). Para los experimentos fueron usados un densímetro Anton Paar DMA 4200 M con una bomba manual hidráulica NovaSwiss. Con los datos de densidad fueron estimadas las propiedades termofísicas de compresibilidad isotérmica, expansibilidad isobárica y presión interna con la correlación TRIDEN. TRIDEN se ajusta correctamente a las densidades de las soluciones de interés, con desviaciones absolutas AAD promedio menores al 1%. Luego, las mezclas de las muestras modelo fueron medidas y analizadas con las propiedades en exceso. Para correlacionar el volumen en exceso se utilizó Redlich-Kister. Finalmente, la ecuación de estado VTPR obtuvo desviaciones AAD menores al 2% para todas las mediciones de densidad analizadas.
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    Synthesis process of au-fe/al2o3 catalysts for methane combustion
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Hernández Maya, Mery Sheryll; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Velasco Rozo, Edwing Alexander; Ballesteros Rueda, Luz Marina
    La combustión catalítica de metano es una reacción de interés para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Se deben tener en cuenta algunas consideraciones al sintetizar catalizadores para esta reacción específica. En este trabajo, se sintetizaron una serie de catalizadores Au-Fe/Al2O3 mediante un proceso de impregnación secuencial diseñado considerando los procesos químicos que ocurren en cada paso. Los catalizadores se sintetizaron con una concentración molar total de metales de 10 mol/m2 (soporte) y con relaciones molares Au/(Au+Fe) de 0.0, 0.02, 0.09, 0.29 y 1.00. Estos catalizadores se comportaron en la combustión de metano (57.000 mL/g* h, bajo condiciones diluidas de CH4 de 1.5% vol en 21% vol. O2, y N2 balanceado) de la siguiente manera: (1) Se observó actividad desde 500 °C para todos los catalizadores (2) Solo se detectaron CO2 y CO en la corriente de producto con una selectividad del 90% a CO2 (3) El catalizador con relaciones molares más bajas mostró la actividad más alta (4) En general, se observó una histéresis inversa en el comportamiento catalítico. Tal comportamiento implicó lo siguiente: (A) Se encontró que la actividad catalítica era fuertemente dependiente del contenido de oro, disminuyendo al aumentar la composición de oro, (B) Las diferencias observadas en la actividad durante la ignición y extinción de la temperatura se debieron al aumento de tamaño de las nanopartículas de oro (C) Se observó una alta dispersión de oro y un posible comportamiento sinérgico entre Au y Fe para el catalizador con la relación molar menor de 0.01 que presentó una temperatura de ignición de ~523 °C y 70% de conversión de metano.
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    Evaluación del proceso de gasificación del carbón como fuente para la producción de co2 para uso en recobro mejorado (eor) en campos de petróleo colombianos
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Palencia Salgar, Adriana Roció; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Castillo Monroy, Edgar Fernando
    El presente trabajo de grado consta de dos fases que permitieron dar respuesta a la pregunta, ¿es posible de encontrar una fuente confiable y factible de CO2 para uso en Recobro Mejorado en Campos de Petróleo colombianos, mediante la gasificación de carbón? La primera es la experimental, donde se desarrolló la gasificación de carbón colombiano, en un gasificador de lecho fluidizado a escala piloto, con una presión de operación de15,34 psi, y un rango de temperatura entre 700 a 806°C; se efectuó una variación de la relación de agente gasificante (vapor) y carbón gasificado. La corriente de gas que se obtuvo durante la gasificación fue caracterizada por medio de cromatografía, lo cual permitió establecer la relación de agente gasificante/carbón gasificado con mayor contenido de CO2. La masa de CO2 se determinó calculando las fracciones másicas de cada componente del gas, y realizando un balance global de Nitrógeno. En la segunda fase se desarrolló el modelo económico de acuerdo con la metodología de gestión de proyectos de inversión FEL (Front End Loading) recomendada por el IPA (Independent Project Analysis), donde se utilizó como premisa la fracción de CO2 que se obtuvo en la gasificación de carbón. En el modelo económico fueron considerados tres escenarios de potencial de crudo recuperado y tres precios del barril de petróleo, donde se realizaron varias sensibilidades. Adicionalmente se valoró el efecto del beneficio que se puede obtener por bonos de carbono.
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    Evaluación del efecto de la distribución del material vegetal de lippia origanoides (orégano de monte) sobre el rendimiento y la composición del aceite esencial obtenido por destilación por arrastre con vapor
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Ramírez Vargas, Karen Juliana; Stashneko, Elena E.; Martínez Morales, Jairo René; Chaves Guerrero, Arlex
    En el presente trabajo de investigación, se evaluó el efecto de la distribución del material vegetal y las condiciones de operación sobre el rendimiento y la composición del aceite esencial de L. origanoides. El aceite esencial se extrajo por destilación por arrastre con vapor y su caracterización química se realizó por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas y con detector de ionización en llama. Dos modelos cinéticos propuestos en la literatura fueron evaluados para describir el proceso de obtención del aceite esencial. Las dos distribuciones de material vegetal permitieron obtener aceite esencial con rendimientos similares y solo la interacción del tamaño de partícula y el flujo de vapor tuvo un efecto significativo sobre la respuesta combinada (suma de los datos normalizados de rendimiento y relación carvacrol: timol multiplicados por un factor de 0,5). En el aceite esencial de L. origanoides fueron identificados 59 compuestos más un posible monoterpeno fenólico y su respectivo acetato. La densidad y el índice de refracción del aceite esencial obtenido en el presente estudio fueron similares a los reportados en la literatura para la misma especie. El modelo cinético de Xavier y colaboradores y Cerpa y colaboradores, bajo el enfoque de los parámetros cinéticos dependientes de las variables de operación, describieron el proceso de obtención del aceite con un buen ajuste. El modelo de Cerpa fue seleccionado para representar la destilación por arrastre con vapor de L. origanoides porque considera la composición química del aceite esencial, la convección del vapor y el equilibrio termodinámico entre las fases. Los diseños experimentales y la representación matemática de los modelos mostraron que la distribución del material vegetal en el alambique no afectó el rendimiento y composición del aceite esencial de L. origanoides
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    Kinetics assessment of the dry reforming of methane over a ni-la2o3 catalyst
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Sandoval Bohórquez, Víctor Stivenson; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Morales Valencia, Edgar Mauricio
    El reformado seco de metano es una tecnología prometedora para la reducción de CH4 y CO2. Los catalizadores óxido Ni–La en solución sólida se caracterizan por su prolongada estabilidad (100 h) cuando se ensayan a conversión completa. La cinética del reformado seco sobre este tipo de catalizadores se ha estudiado utilizando enfoques basados tanto en la ley de potencia como en Langmuir–Hinshelwood. Sin embargo, estos estudios generalmente solo se ocupan del ajuste de la velocidad neta de CH4, por lo tanto, ignoran los procesos superficiales paralelos y competitivos, así como las diferentes configuraciones posibles de la superficie activa. En este trabajo, sintetizamos un catalizador óxido Ni–La en solución sólida y evaluamos seis mecanismos de reacción tipo Langmuir–Hinshelwood considerando sitios activos simples y duales para evaluar la cinética del reformado seco y de la reacción inversa del gas al agua e investigamos el desempeño de los modelos cinéticos resultantes. Al hacer esto, se encontró que: (1) todas las velocidades netas fueron ajustadas adecuadamente por un modelo de un solo sitio que consideraba que la primera escisión del enlace C–H en el metano ocurría en un sitio par metal–oxígeno; (2) este modelo predijo la existencia de una superficie de níquel casi saturada con adatomos de oxígeno quimisorbidos, los cuales eran derivados de la disociación del CO2; (3) la disociación del CO2 puede ser un proceso inhibitorio o irrelevante, y también puede modificar la energía de activación aparente del CH4. Estos hallazgos contribuyen a una mejor comprensión de la cinética de la reacción de reformado seco y proporcionan un modelo cinético robusto para el diseño y escalado del proceso.
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    Efecto de nanopartículas de oro y nanoestructuras de carbono sobre la respuesta electroquímica de biosensores para la detección de ADN
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Cobos Suárez, Julián René; Ropero Vega, José Luis; Sánchez Torres, Viviana; Pedraza Avella, Julio Andrés
    En este trabajo se estudiaron diferentes configuraciones en la deposición por adsorción de nanoestructuras de carbono tales como óxido de grafeno (GO), nanotubos de carbono multipared (MWCNT) y la sinergía entre ellos, sobre electrodos serigrafiados con el fin de estudiar el efecto del transporte eléctrico en la señal electroquímica para la detección de ADN modelo de E. coli. Entre los materiales empleados están: ácido tetracloroaúrico, nanotubos de carbono multipared y óxido de grafeno funcionalizados, sondas de ADN y electrodos serigrafiados. Se sintetizaron por cronoamperometría nanopartículas de oro (AuNPs) sobre los electrodos para la inmovilización del receptor (Aptámero tiolado) mediante grupos tiol. La dispersión de las nanoestructuras de carbono se caracterizó por espectroscopía Raman y espectroscopía UVVis. La morfología de las nanoestructuras fue analizada por microscopia electrónica de barrido (SEM). Para el proceso de cada modificación de los electrodos se aplicó una caracterización electroquímica mediante las técnicas de Voltamperometría cíclica (CV), Voltamperometría de onda cuadrada (SWV) y Espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) en soluciones del par redox K4[Fe(CN)6]3/4; monitoreadas en un potenciostato / galvanostato VersaSTAT 3. Los resultados mostraron que el biosensor con la incorporación de MWCNT alcanzó la respuesta electroquímica más alta. Este biosensor basado en ADN, logró detectar concentraciones de ADN complementario en el rango de 1.0 × 1011 a 1.0 × 107 M con alta reproducibilidad, alcanzando un límite de detección de 0.21 nmol/L. Los resultados revelaron el impacto de modificar los transductores con nanomateriales de carbono en el mejoramiento de los parámetros análiticos de los biosensores.
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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, 2021) Espinosa Lobo, Carol Bibiana; Baldovino Medrano, Victor Gabriel; Velasco Rozo, Edwing Alexander
    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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    Influence of the presence of representative molecules of pyrolysis bio-oils on the hydrotreating of guaiacol and xylene over a nickel-aluminosilicate catalyst
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Redondo Serrano, Raúl Andrés; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Mora Vergara, Iván Darío
    La hidrodesoxigenación catalítica (HDO) es un tratamiento que permite la producción de biocombustibles mediante la eliminación de heteroátomos de oxígeno de bioaceites de pirólisis rápida de biomasa lignocelulósica. Sin embargo, estudiar la complejidad del proceso requiere el uso de mezclas modelo que representen en gran medida la carga real para ser analizadas a mayor profundidad. El guayacol es una molécula modelo ampliamente utilizada ya que tiene dos grupos oxigenados de interés; hidroxilo (OH) y metoxilo (OCH3), comúnmente presentes en compuestos derivados de lignina y precursores de coque durante la HDO. Además, los bioaceites contienen varios grupos moleculares orgánicos como ácidos, cetonas, fenoles, una abundante concentración de agua, y algunas trazas de grupos nitrógeno. En este sentido, se realizó un estudio sobre la influencia de la presencia de diversos tipos de moléculas representativas de bioaceites de pirólisis en el coprocesamiento de guayacol y xileno sobre un catalizador de níquelaluminosilicato. En concreto, se analizaron tres moléculas representativas posiblemente inhibidoras: piridina, ácido acético y agua empleando pruebas catalíticas que se realizaron en un reactor discontinuo a 250 y 190ºC, presión de H2 de 6,9 MPa, 750 rpm de agitación. Como resultado de este estudio, se encontró que en las condiciones empleadas, la piridina inhibe fuertemente al guayacol, afectando su desoxigenación y ocupando sitios metálicos y ácidos del soporte, formando piperidina. Por otro lado, el ácido acético disminuye la actividad catalítica pero no la selectividad, y en presencia de piridina reacciona para producir acetilpiperidina. El agua no afectó significativamente la actividad o la selectividad
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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, 2021) Archila Menco, Angi Karina; Castro Molano, Liliana del Pilar; Escalante Hernández, Humberto
    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 NH3N L1, e identificar la sinergia del proceso de codigestión 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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    Estudio del efecto de variables de síntesis de materiales janus basados en dióxido de manganeso con potenciales aplicaciones en recobro mejorado de petróleo
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Rivera Quintero, Paula Andrea; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Baldovino Medrano, Victor Gabriel; Mercado Castro, Donaldo Fabio
    Con el aumento de la demanda de energía, los altos precios del petróleo y el agotamiento de los pozos de petróleo ligero, la industria petrolera se ha visto obligada a explotar los pozos de crudo, aunque esta práctica no es económicamente viable. Para recuperar petróleo crudo, se utilizan comúnmente Técnicas de Recuperación de Petróleo Mejoradas, que se dividen principalmente en dos grupos: Recuperación Térmica y Recuperación No Térmica. La recuperación térmica busca reducir la viscosidad del petróleo y mejorar su movilidad hacia los pozos productores. Para esta propuesta, es necesario estudiar un medio de transporte para la introducción satisfactoria de catalizadores al pozo de inyección sin causar daño a la formación. Además, existe evidencia de que el uso de sistemas catalíticos permite reacciones de oxidación a baja temperatura. Para este problema se proponen nanomateriales tipo Janus basados en MnO2. Uno de los desafíos más importantes es el transporte de los nanomateriales, es importante crear una nanofluido con los nanomateriales que se llevarán al pozo; para ello es necesario modificar su comportamiento hidrofílico o hidrofóbico. En este trabajo hemos sintetizado nanomateriales Janus basados en MnO2 funcionalizados con ácidos carboxílicos como el ácido hexanoico y ácido adípico, y una doble funcionalización con 3aminopropiltrietoxisilano (APTES); hemos encontrado que es posible la modificación de su hidrofilicidad, haciéndolos catalizadores prometedores y mejorando su comportamiento en la estabilización de nanofluidos.
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    Escalamiento y efecto de los componentes del glicerol crudo sobre la productividad volumétrica en la fermentación de ácido láctico
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Castellanos Suárez, Laura Johana; López Giraldo, Luis Javier; Sánchez Torres, Viviana; Toro Uribe, Said
    El glicerol crudo (GlyC) es el principal subproducto en la producción de biodiesel a partir de aceites vegetales, actualmente este se considera un residuo industrial, lo que le otorga un gran potencial como materia prima para otros procesos. Una alternativa reciente para su valorización es la bioconversión del GlyC en metabolitos de interés industrial como lo es el ácido láctico (AL). No obstante, uno de los principales retos en su utilización es la variabilidad en su composición que depende de múltiples factores relacionados con la producción de biodiesel. Por otro lado, para la implementación de este bioproceso a gran escala existen desafíos en cuanto a su escalamiento asociados con la transferencia de calor y masa en los biorreactores. De igual forma, también se requiere conocer el comportamiento cinético microbiano para analizar la influencia de las variables químicas, físicas y operacionales. Por lo tanto, en el presente trabajo se realizó la caracterización fisicoquímica de tres GlyC colombianos, muestras (S1, S2 y S3), donde se encontró que la muestra S3 tenía mayor potencial como fuente de carbono por su alto contenido de glicerol y bajo contenido de impurezas. Luego se determinó la influencia de los componentes minoritarios en las fermentaciones de AL empleando la bacteria Lactobacillus Rhamnosus ATCC 7469 y se obtuvo que los jabones y fase orgánica (FO) tenían un efecto positivo en la productividad volumétrica del AL, por el contrario, el metanol ejercía un efecto negativo. Después se estudiaron las condiciones de agitación (190, 167 y 210 rpm) en cambios de escala de (500, 2500 y 5000 mL), mediante parámetros reológicos he hidrodinámicos empleando la dinámica computacional de fluidos. Por último, se realizó el ajuste de 6 modelos cinéticos en tres volúmenes de fermentación (25, 500 y 5000 mL) obteniendo los mejores resultados con el modelo tipo Tessier (T1).
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    Evaluación de los efectos de la pirolisis de mezclas etano-propano disponibles como carga hacia los hornos reactores térmicos en la unidad etileno ii gerencia refinería Barrancabermeja
    (Universidad Industrial de Santander, 2020) Villabona Guerrero, Pedro David; Avellaneda Vargas, Fredy Augusto; Celis Cornejo, Carlos Mauricio
    El etileno, monómero empleado en la producción de polietileno, es producido mediante pirolisis o craqueo térmico de parafinas. En la literatura existen algunos modelos cinéticos con esquemas moleculares basados en diseños experimentales para predecir el comportamiento o distribución de los productos de dicha reacción. En este trabajo se tomaron de la literatura algunos modelos cinéticos moleculares para el modelamiento de mezclas de etano-propano en el simulador Aspen HYSYS de un Horno Reactor Térmico, con el propósito de plantear un escenario para aumentar la productividad de la refinería de Barrancabermeja; y estudiar el impacto de esta práctica en el proceso de la Unidad de Etileno II. Inicialmente se recopilaron datos históricos y variables de proceso reales, como temperaturas de operación, presiones, flujos de carga, composiciones de la carga, esenciales para el modelamiento de los reactores. Paso a seguir, se realizaron ensayos y modelamientos preliminares con el fin de escoger los modelos y validar los supuestos teóricos a utilizar, ante lo cual se proponen diferentes escenarios de mezclas etano-propano (proporción 95/5, 85/15, 70/30 y 50/50) y operación de los hornos a diferentes temperaturas de reacción (1450°F a 1510°F). Con el propósito de evaluar el efecto de compuestos pesados que son arrastrados a las cargas cuando se producen las mezclas reales de etano-propano, en este trabajo se validó y utilizó un modelo cinético molecular para mezclas etano-propano-butano (n-butano en menor proporción, 4%wt). El modelamiento propuesto en este trabajo predice de forma acertada la composición de las especies químicas del gas de pirolisis para cargas de mezclas etano-propano, sobrestimando la composición de propileno, por causa de las suposiciones planteadas. Los resultados de este trabajo son de gran interés ya que a partir de ellos, puede estudiarse la factibilidad de varios escenarios de producción en la refinería.
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    Determinación del efecto de los procesos de cocción de aceites vegetales sobre el rendimiento del biodiesel
    (Universidad Industrial de Santander, 2020) Ferreira Beltrán, Deyanira; Maradei García, María Paola; Plata Chavez, Vladimir
    Los múltiples procesos de cocción utilizados en los diferentes establecimientos de comida generan aceites residuales de cocina (ARC) con amplia variedad en los rangos de sus propiedades fisicoquímicas, por lo que, al considerar el uso de ARC como materia prima en la producción de biodiesel, resulta una incertidumbre respecto al rendimiento y la calidad de biodiesel que se puede obtener. En este estudio se investigó el efecto de los procesos de cocción en las propiedades fisicoquímicas de los ARC, así como la relación existente entre algunas propiedades fisicoquímicas y el rendimiento de biodiesel que se puede obtener mediante transesterificación básica. Se caracterizaron doce muestras de aceites residuales, se les midió el índice de acidez, los ácidos grasos libres, el índice de peróxidos, la humedad y viscosidad dinámica. Mediante análisis de varianza se determinó el efecto estadísticamente significativo de los procesos de cocción en las propiedades de los aceites. La transesterificación del biodiesel se realizó bajo las condiciones de reacción más reportadas y usadas en la academia y en la industria del biodiesel. El método de regresión de mínimos cuadrados parciales logró modelar matemáticamente el rendimiento del biodiesel a partir de cuatro propiedades fisicoquímicas de los ARC. El modelo obtuvo un coeficiente de determinación (R2) de 0.83, mostrando que este modelo propuesto describe y se ajusta en gran proporción a los datos analizados, además, permite predecir con buen nivel de confianza el rendimiento del biodiesel a partir de las propiedades de los ARC estudiadas. Finalmente, se comprobó la calidad del biodiesel obtenido y se encontró que, para algunas de las propiedades estudiadas, el biodiesel obtenido por los aceites residuales de cocina presenta valores mucho mejores y más cercanos a los límites requeridos en comparación con los valores típicos encontrados en biodiesel de aceite de palma.
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    Análisis termo-económico de procesos de combustión de mezclas de gases residuales de refinería
    (Universidad Industrial de Santander, 2020) Barragán Noriega, Daniel Ricardo; Kafarov, Viatcheslav Victorovich
    La combustión es un proceso de gran importancia en la industria de refinación del petróleo; ya que permite transferir la energía química contenida en los combustibles gaseosos a corrientes de proceso que requieren calentamiento. El presente trabajo de investigación ha sido motivado por estudios previos realizados en el grupo de investigación CIDES de la Universidad Industrial de Santander, en los cuales se estudió el efecto de la intercambiabilidad de gases sobre la combustión en un horno de refinería teniendo en cuenta aspectos como el energético, ambiental, seguridad e integridad de equipos y los fenómenos de transporte ocurridos al interior del equipo. En este trabajo se evaluó conjuntamente los aspectos termodinámico y económico de la combustión en un horno a partir de mezclas variables de gases residuales de refinería, mediante la metodología de análisis termo-económico. Se analizó el efecto del exceso y la humedad del aire, así como el aporte de los gases residuales metano, etano, etileno, propano, propileno, butano e hidrógeno, sobre el desempeño de la combustión. Como resultado se obtuvo un modelo matemático que permite determinar los índices exergéticos necesarios para calcular un índice termo-económico de la combustión en función de la composición de los gases empleados como combustible y utilizando como parámetros el costo del combustible y los costos fijos del proceso. Entre los resultados más importantes, se encontró que el etileno y el hidrógeno son más favorables para este índice que los demás gases residuales analizados. Finalmente, se evidenció que los gases residuales constituyen una alternativa eficaz en la mejora del comportamiento termo-económico de la combustión en un horno de refinería, lográndose un incremento hasta del 54,5% para mezclas 1:1 con respecto al gas natural.
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    Codigestion anaeróbica de aguas de lavado de vísceras blancas y estiércol bovino provenientes de una planta de beneficio en un biorreactor tubular
    (Universidad Industrial de Santander, 2020) Gomez Osorio, Ivan Ricardo; Escalante Hernandez, Humberto; Castro Molano, Liliana del Pilar
    En este trabajo se estudió el comportamiento del AV en un proceso DA y CoDA con EB. La DA de los residuos fue evaluada por medio de la producción de biogás, la remoción de materia orgánica y el potencial de recuperación de nutrientes (estruvita). La investigación se realizó en 3 etapas. La primera etapa estudió mezclas para identificar la proporción de AV y EB con comportamiento sinérgico, se midió el PBM de 3 mezclas. El proceso reportó rendimiento de 0.46 m3 CH4 /kg SV con φ de 1.32 para mezcla AV: EB 50:50. La mejor mezcla reportó PPE de 0.288 g estruvita/l. La segunda etapa fue la DA de AV en operación continua. Evidenció mejor VCO 1.5 kg SV/m3*d reportando remoción de materia orgánica de 80 % SV y 57 % DQO y biogás en términos de PEB y TPB de 0.46 m3 biogás /kg SV*d y 0.69 m3 biogás/m3 digestor*d respectivamente. La tercera etapa fue la mejor mezcla del proceso de CoDA de AV y EB en operación continua, reportó como mejor VCO 2.0 kg SV/m3*d, con una remoción de materia orgánica de 72 % SV y 57 % DQO. El rendimiento en producción de biogás en PEB y TPB fue de 0.46 m3 biogás /kg SV*d y 0.93 m3 biogás/m3 digestor*d respectivamente. Tomando las mejores VCO de cada uno de los procesos se evaluó el PPE, los cuales reportaron un aumento en la concentración de iones fosfato en el efluente lo que permitió determinar un PPE para la DA y CoDA de 0.075 y 0.114 g estruvita/l respectivamente. Por lo anterior se evidencia que la CoDA de AV y EB permitió mejorar los rendimientos de biogás, recuperación de nutrientes y lograr gestionar mayor cantidad de residuos en operando en la estabilidad.
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    Desarrollo de modelos matemáticos para la predicción de perfiles sensoriales de licores de cacao a partir de caracterización química
    (Universidad Industrial de Santander, 2020) Palencia Blanco, Cristian Giovanny; López Giraldo, Luis Javier
    El proceso de cata es utilizado mundialmente para la caracterización sensorial de granos de cacao. En este estudio se incursionó en una nueva técnica de caracterización con el fin de obtener resultados con mayor objetividad desde el punto de vista químico. Se implementaron las técnicas SPME-HS, GC-MS, GC-FID y análisis sensorial con el fin de modelar características de aroma a partir de los compuestos volátiles encontrados en 10 variedades de cacao promisorias del departamento de Santander. Se observó el efecto de la temperatura y tiempo de extracción de los compuestos asociados con características de aroma, encontrando una temperatura de 60°C y tiempo de 40 minutos como puntos óptimos para extraer los volátiles de los licores de cacao. Además, por medio de las técnicas de cromatografía de gases, espectrometría de masas y análisis sensorial, se lograron identificar y cuantificar 77 compuestos volátiles en los 20 licores de cacao y 6 atributos sensoriales percibidos en ellos. Estos resultados permitieron determinar el perfil químico y el perfil sensorial de cada uno de los licores. El método de regresión de mínimos cuadrados parciales logró modelar matemáticamente los 6 atributos sensoriales a partir del perfil químico de compuestos volátiles obtenido. Se lograron reducir las variables predictoras (compuestos volátiles) que contribuyen en el modelamiento de los atributos sensoriales, de 77 compuestos a 16 compuestos volátiles mediante los valores olor-activos (OAV). Estos modelos obtuvieron coeficientes de determinación (R2) de 0.85, 0.70, 0.89, 0.87, 0.79 para los atributos cacao, nuez, floral, frutal, ácido y dulce mostrando que los modelos propuestos describen y se ajustan en gran proporción a los datos analizados y, además, predicen con un buen nivel de confianza las percepciones sensoriales estudiadas.El proceso de cata es utilizado mundialmente para la caracterización sensorial de granos de cacao. En este estudio se incursionó en una nueva técnica de caracterización con el fin de obtener resultados con mayor objetividad desde el punto de vista químico. Se implementaron las técnicas SPME-HS, GC-MS, GC-FID y análisis sensorial con el fin de modelar características de aroma a partir de los compuestos volátiles encontrados en 10 variedades de cacao promisorias del departamento de Santander. Se observó el efecto de la temperatura y tiempo de extracción de los compuestos asociados con características de aroma, encontrando una temperatura de 60°C y tiempo de 40 minutos como puntos óptimos para extraer los volátiles de los licores de cacao. Además, por medio de las técnicas de cromatografía de gases, espectrometría de masas y análisis sensorial, se lograron identificar y cuantificar 77 compuestos volátiles en los 20 licores de cacao y 6 atributos sensoriales percibidos en ellos. Estos resultados permitieron determinar el perfil químico y el perfil sensorial de cada uno de los licores. El método de regresión de mínimos cuadrados parciales logró modelar matemáticamente los 6 atributos sensoriales a partir del perfil químico de compuestos volátiles obtenido. Se lograron reducir las variables predictoras (compuestos volátiles) que contribuyen en el modelamiento de los atributos sensoriales, de 77 compuestos a 16 compuestos volátiles mediante los valores olor-activos (OAV). Estos modelos obtuvieron coeficientes de determinación (R2) de 0.85, 0.70, 0.89, 0.87, 0.79 para los atributos cacao, nuez, floral, frutal, ácido y dulce mostrando que los modelos propuestos describen y se ajustan en gran proporción a los datos analizados y, además, predicen con un buen nivel de confianza las percepciones sensoriales estudiadas.
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    Evaluación del proceso de separación supersónica en la remoción de hidrocarburos pesados de gas natural colombiano usando dinámica de fluidos computacional
    (Universidad Industrial de Santander, 2020) Pérez Fuentes, Sergio Andrés; Chaves Guerrero, Arlex; González Silva, Germán; Diaz Mateus, Fabian Andrey; Fuentes Osorio, Jose Augusto
    Típicamente, el proceso de separación de las fracciones de hidrocarburos pesados condensables del gas natural se realiza a través de separadores gravitacionales operados a bajas presiones. Sin embargo, este proceso tiene la desventaja de que es necesario recomprimir el gas tratado para inyectarlo a las líneas de transporte, lo que incrementa el costo de producción, y hace inviable económicamente los campos pequeños. Una solución a este problema es la tecnología de separación supersónica, en la cual hay una caída repentina de presión y temperatura que permite la separación de los líquidos de gas natural; luego, el gas natural pasa a través de un difusor donde se recupera parte de la presión de entrada. Por esta razón, el objetivo de esta investigación fue evaluar a través de CFD la viabilidad del proceso de separación supersónica en la remoción de los LGN aplicado a campos de producción colombianos. El diseño geométrico se basó en información de patentes y artículos científicos, y, para aquellos parámetros que no pudieron tomarse de la literatura revisada, se realizaron simulaciones para establecer los mejores valores posibles para ellos. Se construyó una malla no estructura de elementos tetraedros y se realizaron pruebas de independencia para obtener la mejor relación posible entre la calidad y el número de elementos. Adicionalmente, se realizaron simulaciones en ANSYS Fluent para comparar diferentes resultados contra otras investigaciones: una con aire usando el modelo de gas ideal para verificar la ubicación de la onda de choque, otra para verificar la caída de presión y temperatura y una final para comparar los resultados obtenidos en este trabajo con resultados experimentales. Finalmente, se realizó una simulación con gas natural colombiano para evaluar la recuperación de la presión de LGN. Los resultados obtenidos mostraron una recuperación de presión del 70,39% y una separación de LGN del 73,33%.
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    Evaluación de la capacidad de inhibición de corrosión naftecnica de los aceros aisi/sae-1020 y aisi-317l mediante sulfidacion a partir de compuestos de azufre con diferentes estructuras moleculares
    (Universidad Industrial de Santander, 2020) Conde Rodríguez, Gerson Rafael; Laverde Cataño, Dionisio Antonio; Sanabria Cala, Javier Alberto
    La corrosión nafténica y la corrosión por sulfidación son fenómenos que se presentan recurrentemente en las unidades de refinería durante el procesamiento de crudos pesados, los cuales ocasionan el deterioro de los equipos y pueden conducir a fallas y paradas de planta no programada. La corrosión nafténica genera la remoción de los átomos de hierro de los materiales al formar productos de corrosión solubles en el crudo, mientras que la corrosión por sulfidación forma capas de productos de corrosión que se mantienen adheridos a la superficie, y que actúan como una barrera entre los aceros y el medio corrosivo. Por esta razón, en la presente investigación se propone emplear la sulfidación de los aceros AISI/SAE1020 y AISI317L para formar productos capaces de inhibir la corrosión nafténica. Este proceso se lleva a cabo en 3 etapas: inicialmente se evalúa la sulfidación a partir de 3 compuestos orgánicos de azufre de diferente estructura molecular; posteriormente se selecciona uno de estos compuestos para analizar la influencia de la temperatura y el tiempo de exposición sobre la morfología de los productos de corrosión formados; y finalmente se determina la capacidad de inhibición de la corrosión nafténica por parte de los productos formados a partir de la sulfidación previa de los materiales. Como resultado se evidenció una fuerte influencia de la temperatura, el tiempo de exposición y el tipo de compuesto orgánico de azufre sobre las propiedades morfológicas de los productos de corrosión formados, los cuales inhibieron la velocidad de corrosión nafténica en un valor cercano al 20%, los cual permite aumentar la vida útil de los materiales de refinería e incrementar la eficiencia del procesamiento de crudos pesados.
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    Actualización de la matriz de control avanzado de la torre t-201 a diferentes mezclas de crudo en la unidad u-200 de la gerencia refinería de Barrancabermeja mediante simulación dinámica
    (Universidad Industrial de Santander, 2018) Sanchez Ramirez, Roberto; Muvdi Nova, Carlos Jesus; Rodriguez Carrillo, Luis Andres
    La actualización de un sistema de control avanzado a través de test en operación representa una tarea compleja y dispendiosa para el negocio de la refinación. En el siguiente trabajo se proponen tres matrices con sus respectivos modelos a través de simulación dinámica. El desarrollo del documento parte de una adaptación y modelado de la torre T-201 en estado estacionario utilizando Aspen Hysys 9.0® en donde se evalúan diferentes escenarios y se realiza un estudio predictivo de puntos de operación dentro de un periodo de estudio. Posteriormente, se realizó la transición del estado estable al estado dinámico utilizando la sintonía actual en planta y se evaluaron tres dinámicas, que componen la dinámica con la carga actual de gravedad API 24, una carga de gravedad API °21 y finalmente una carga con API °28. Con las tres dietas se propuso tres matrices para el Control Dinámico Matricial y sus modelos a partir de los controladores clásicos PID.