Maestría en Ingeniería Química
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Item Calidad del digerido obtenido de un proceso de codigestión anaerobia suplementado con biochar a condiciones psicrotróficas(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-11) Muñoz Muñoz, Alexander; Escalante Hernández, Humberto; Castro Molano, Liliana del Pilar; Passos, Fabiana; Oviedo Ocaña, Édgar RicardoEste trabajo abordó el efecto de la integración del biochar en la digestión anaerobia psicrotrófica sobre el digerido producido. La investigación se desarrolló en tres etapas: En la primera etapa, se determinó el impacto de la adición de biochar a un biodigestor tubular de laboratorio sobre la tipología del digerido. Los resultados indican que la suplementación del biochar al proceso anaerobio mejora la estabilidad del digerido, reduciendo en un 50% su contenido de materia orgánica de fácil degradación; además de aumentar en un 150% y 30% su contenido de carbono orgánico y de nitrógeno, respectivamente. En la segunda etapa, se evaluó el potencial fertilizante del digerido en un cultivo de lechuga romana. Los rendimientos en biomasa y pigmentos fotosintéticos fueron similares y comparables a los obtenidos usando un fertilizante comercial como la urea. Además, la adición de biochar al biodigestor puede ser una alternativa para reducir la eutrofización en sistemas agrícolas, causada por el uso de los digeridos anaerobios, disminuyendo la lixiviación de amonio y fosfato en un 67% y 50%, respectivamente. Finalmente, en la tercera etapa, se estudió la vermifiltración como postratamiento para un digerido proveniente de un biodigestor a escala doméstica suplementado con biochar y operando bajo condiciones psicrotróficas. La vermifiltración resultó ser eficaz en la reducción de materia orgánica (55-90%) y nitrógeno amoniacal (83-97%), mejorando la calidad del digerido. El vermicompost resultante, con un alto contenido de carbono orgánico (17.2%), podría ser utilizado como fertilizante orgánico sólido. Sin embargo, el efluente del vermifiltro requiere tratamientos adicionales para disminuir su conductividad eléctrica y contenido de nitratos. Este estudio destaca el potencial de la integración del biochar en la digestión anaerobia para mejorar parcialmente las características del digerido y subraya la necesidad de un sistema de tratamiento para su uso sostenible en la agricultura.Item Estudio técnico, económico y ambiental de tecnologías emergentes para la producción de hidrógeno verde(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-11) De la ossa Medina, Daniela; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Uribe Rodríguez, Ariel; Pedraza Avella, Julio Andrés; Kafarov, Viatcheslav VictorovichLas estrategias power-to-gas juegan un papel clave en la descarbonización ya que permiten un uso más eficiente de los recursos naturales, al almacenar energía de fuentes renovables en combustibles limpios y de alto rendimiento energético como el hidrógeno. Este estudio investiga las tecnologías emergentes en la producción de hidrógeno con bajas emisiones de carbono, enfocándose especialmente en la electrólisis de membrana de intercambio aniónico (AEM), una tecnología con promesa de escalabilidad y potencial para reducir costos de implementación en el futuro. El objetivo principal es explorar las implicaciones técnicas, económicas y ambientales asociadas a la adopción de estos sistemas emergentes, utilizando modelos de simulación que faciliten la prueba de la tecnología y la estimación de indicadores clave de rendimiento. Se lleva a cabo el desarrollo y la validación de la simulación del proceso de producción de hidrógeno por electrólisis AEM, para un sistema de 60 MW capaz de producir 1133 kg H2/h. Utilizando Aspen Custom Modeler (ACM) para simular el sistema de electrólisis, se modela el comportamiento electroquímico y la operación del equipo mediante formulación matemática reportada en literatura para la curva de polarización. Posteriormente, este modelo se vincula al entorno de Aspen Plus para integrar los procesos de separación y reciclo a la unidad de electrólisis. Se llevó a cabo un análisis técnico, económico y ambiental del proceso simulado, contemplando el contexto colombiano y el potencial de reducción de costos de la tecnología para 2025 y 2050, basado en proyecciones literarias. En este análisis se estiman los gastos de capital (CapEx), gastos operacionales (OpEx) y el costo nivelado de hidrógeno (LCOH) para dichos escenarios. Además, se analizó la influencia de la fuente de energía suministrada al proceso, evaluando seis alternativas que abarcan combinaciones de energía de la red, solar, eólica y bioenergía, brindando una perspectiva completa sobre el progreso hacia sistemas energéticos renovables más eficientes.Item Desarrollo y validación experimental de un modelo fenomenológico de la transferencia de calor en intercambiadores con materiales de cambio de fase. Caso de estudio la estearina de palma hidrogenada(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-09) Cabrera Ruiz, Nicolás; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Lizcano González, Víctor Alexis; Martínez Rey, Ramiro; García Navas, Dubán FabiánEste trabajo de investigación presenta el desarrollo y validación experimental de un modelo fenomenológico de la transferencia de calor en intercambiadores de calor con estearina de palma hidrogenada como un nuevo material de cambio de fase (PCM). Este modelo fenomenológico permite estudiar el proceso de fusión de la estearina de palma hidrogenada. Adicionalmente, mediante un análisis adimensional, es posible estudiar el efecto de variables operacionales y parámetros de diseño, y consecuentemente, extrapolarlos en sistemas con dimensiones y volúmenes diferentes. El modelo fenomenológico planteado está basado en el método matemático de las capacidades caloríficas aparentes y presenta errores máximos de alrededor de 8%. El proceso de fusión de la estearina de palma hidrogenada está altamente influenciado por la convección natural mostrando una interfase sólido/líquido ovalada. La energía máxima almacenada al finalizar el proceso de fusión de la estearina de palma hidrogenada es de 303.51 kJ/kg. Además, emplear una configuración de serpentín rectangular causará una alta tasa de fusión en las zonas inferiores del sistema. El análisis adimensional es realizado mediante la variación de los números de Stefan, Reynolds, Rayleigh y Relación de difusividades térmicas. Esto demostró que el número de Reynolds y la Relación de difusividades térmicas no tienen una influencia significativa sobre el tiempo del proceso de fusión del PCM. Sin embargo, el número de Stefan y de Rayleigh causan la mayor influencia sobre el tiempo de fusión del PCM. Adicionalmente, el análisis adimensional permitió desarrollar y expresar una correlación matemática como, γ=10^(-7.54893)*Ste^(-0.99876)*Re^(-0.00098)*Ra^0.77970*φ^0.00325*Fo^0.53233. Además, esta variación adimensional permite recomendar unas mejoras para la transferencia de calor en un equipo a escala planta. Estas recomendaciones consisten en una temperatura de entrada de 95 °C, una velocidad de entrada de 1 l/min y un material de tubería de acero inoxidable con un paso de vuelta corto.Item Development of a simulation model for the analysis of decarbonization scenarios applied to an integrated oil and gas supply chain in the Colombian context(Universidad Industrial de Santander, 2024-10-20) Caicedo Avellaneda, Julián Antonio; Martínez Rey, Ramiro; Uribe Rodríguez, Ariel; Yáñez Angarita, Édgar Eduardo; Ariza León, Emiliano; Montes Páez, Erik GiovanyLa planeación energética del sector energético a mediados de siglo se ha enfocado en cumplir con las metas de mitigación y discutir la transición energética desde los combustibles fósiles. Una de las herramientas que han permitido evaluar el impacto de diversas estrategias de descarbonización, como las energías renovables o el hidrógeno, en el sector energético son los modelos de sistemas energéticos. Sin embargo, las aplicaciones de estos modelos incluyen el alcance global, regional o nacional, mientras que la revisión de la literatura no encontró ninguna aplicación para una organización o empresa del sector de petróleo y gas (O&G). Este trabajo propone construir un modelo de sistemas energéticos, específicamente un modelo TIMES, que permita representar las actividades típicas de una empresa conceptual dedicada al sector O&G, de manera que se pueda examinar cómo este tipo de empresas se alinean en la visión energética de un país como Colombia, las implicaciones para el negocio tradicional de hidrocarburos y el papel en la transición energética. El modelo TIMES-O&G fue desarrollado para este propósito y captura aproximadamente el 80% de la producción total de Colombia y el 55% de la producción de las compañías petroleras nacionales (NOC). Se analizaron cuatro escenarios, que corresponden a los planteados en el Plan Nacional de Energía de Colombia, explorando la integración de tecnologías de descarbonización como energías renovables, generación eléctrica a partir de combustibles fósiles con y sin captura de carbono, producción de hidrógeno; también se exploran las implicaciones de la regulación ambiental de manera directa como la tasa de carbono e indirectamente como el cambio en el consumo de combustibles fósiles que es resultado de otras regulaciones. En los escenarios evaluados, la autosuficiencia en materia de petróleo y gas se verá afectada a partir de 2030 para 2030 y 2040, las importaciones de gas natural y petróleo crudo superarán la producción nacional, respectivamente; además, se identifica a las refinerías como el sector primario que debe descarbonizarse en el corto y largo plazo, considerando su importancia en la cadena de valor que representan.Item Análisis de alternativas para la descarbonización de procesos de refinación de crudo por medio de programación matemática(Universidad Industrial de Santander, 2024-09-09) Ballesteros Rodríguez, Clara Cecilia; Nabarlatz, Débora Alcida; Uribe Rodríguez, Ariel; Calderón Vergara, Andrés Joaquín; Morales Medina, Giovanni; Kafarov, Viatcheslav VictorovichEn esta investigación, se abordó el problema de optimización de la planificación de una refinería para evaluar diferentes puntos de inserción de biocombustibles mediante alternativas de coprocesamiento y blending en una refinería convencional. El objetivo de la optimización es seleccionar la alternativa que logre el mayor Valor Presente Neto (VPN), así como evaluar la reducción de CO2 obtenida. El análisis de alternativas de inserción de biocombustibles se formuló como un problema de síntesis de proceso, por el cual se estableció una superestructura que encapsula la planificación de una refinería convencional integrando tres rutas de proceso de coprocesamiento: aceite refinado de palma (AFP) tanto en FCC como en DHT y aceite de girasol (AG) en HC, así como blending de biodiésel con diésel y de bioetanol con gasolina. Se formuló un modelo MINLP para maximizar el VPN de todo el proceso por escenario de evaluación, los cuales se resolvieron exitosamente con GUROBI obteniendo soluciones óptimas. Se evaluaron las tres alternativas de coprocesamiento individualmente y se consideró la combinación de estos escenarios con el fin de evaluar la posibilidad de coprocesamiento en simultáneo. El blending únicamente se evaluó de forma individual. De los ocho escenarios evaluados en este trabajo las vías de inserción de biocombustibles que cumplieron con la demanda de producción fueron el Caso 1: Blending, Caso 2: FCC y Caso 3 DHT. De estas tres alternativas el Caso 1: Blending se destacó como la alternativa óptima, pues es la que desplaza mayor flujo de crudo (22.27 kbpd) con respecto al caso base y la que presenta la mayor disminución de emisiones en comparación con los otros escenarios, con un costo por disminución de 1 kton de CO2 de $0.76 MMUSD/día.Item Evaluación de la prefactibilidad técnico-económica y ambiental para la producción de hidrógeno azul mediante procesos de gasificación a partir de biomasa residual(Universidad Industrial de Santander, 2024-07-29) Carrillo Cárdenas, Emilio José; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Uribe Rodríguez, Ariel; Rodríguez Vallejo, Daniel; Avellaneda Vargas, Fredy Augusto; Mercado Ojeda, Ronald AlfonsoCon el objetivo de mitigar el impacto ambiental derivado de los combustibles fósiles y alcanzar la sostenibilidad energética promoviendo una economía circular, por consiguiente, disminuir emisiones de gases de efecto invernadero, se propone el acoplamiento de un sistema de gasificación de biomasa con captura de CO_2 para producir hidrógeno de bajo carbono como vector de energético. Utilizando Aspen Plus V12.1 para la simulación, el proceso comienza con el pretratamiento de raquis de palma el cual pasa a través de los siguientes procesos: molienda, secado, torrefacción y peletización. Se diseña un gasificador dual de pellets de EFB seguido de un craqueo catalítico del alquitrán y una reacción de reformado con vapor de agua con el objetivo de aumentar la proporción de H_2 a CO en el gas de síntesis. Posteriormente, se estudian dos alternativas de captura (DEPG y MEA) con el objetivo de obtener hidrogeno azul y eliminar el CO_2 de la corriente de gas de síntesis. Finalmente, se modela un sistema de PSA para obtener H_2 con una pureza del 99.9%. La etapa de pretratamiento y densificación la biomasa parte desde una composición inicial C:46.47%,H:6.22%,O 42.25% a (C 54.10,H 6.09,O 28.67). Además, el Poder Calorífico Superior (HHV) del pellet de EFB es de 20.8 MJ/Kg en comparación con 18.5 con la biomasa sin tratar. Utilizamos vapor como agente gasificante y los gasificadores operan a 800°C. El gas de síntesis resultante tiene una concentración porcentual volumétrica de (CO 20.0,CO_2 28.2,H_2 44.2,〖CH〗_4 5.9). Estimamos un costo nivelado del hidrógeno (LCOH) de 3.04 USD/Kg, el costo nivelado de captura de carbono para MEA y DEPG de tal forma que se obtuvo (LCOC) y el CO_2 evitado (LCCA) de 92 USD/t CO_2 y 183 USD/t CO_2 y para MEA y (LCCA) son de 59 USD/t 〖CO〗_2 y 119 USD/t CO2 para DEPG. Al final, estimamos las emisiones de Kg CO_2 por Kg H_2 producido por medio de la metodología del Potencial de Calentamiento Global y comparamos con el reformado de metano de origen fósil con la planta estudiada.Item Evaluación de un proceso fed-batch para la producción de ficocianina (c-pc) de grado industrial a partir de biomasa de Potamosiphon sp.(Universidad Industrial de Santander, 2024-04-17) Contreras Ropero, Jefferson Eduardo; Barajas Ferreira, Crisóstomo; Barajas Solano, Andrés Fernando; González Delgado, Ángel Darío; Avellaneda Vargas, Fredy AugustoLas cianobacterias de entornos acuáticos termales son una alternativa prometedora para la síntesis de metabolitos industriales, como la ficocianina (C-PC). Este estudio investiga el impacto de condiciones ambientales, como el espectro lumínico (incluyendo Rojo:Azul 3:1), intensidad lumínica (50-200 μmol m-2 s-1), ciclo de luz (5-20 horas) y limitación nutricional (No2, Po4), en la producción de C-PC por Potamosiphon sp. Los resultados destacan la influencia significativa de la longitud de onda, fotoperiodo e intensidad lumínica en la producción de C-PC, con mejores resultados bajo luz roja-azul (3:1), 283 µmol m-2 s-1 y hasta 17.8 horas de fotoperiodo. Se desarrolla un modelo matemático del proceso y se simula una planta de producción de C-PC, considerando aspectos upstream y downstream, junto con la evaluación de costos. Estos hallazgos resaltan la importancia de las condiciones lumínicas para la producción de ficocianinas, subrayando la necesidad de considerarlas para maximizar la producción. La simulación y optimización de procesos emergen como herramientas clave para mejorar la eficiencia y rentabilidad de la producción, con implicaciones para investigaciones futuras.Item 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, AlejandroEn 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).Item 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, FernandoEn 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.Item 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, ArlexEn 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. origanoidesItem 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 AndrésEn 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.Item 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 MauricioEl 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.Item 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 FernandoEl 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.Item 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 MarinaLa 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.Item 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 AlexanderEl 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.Item 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 DaríoLa 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 selectividadItem 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 FabioCon 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.Item 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, VladimirLos 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.Item 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 VictorovichLa 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.Item 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 MauricioEl 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.