Maestría en Ingeniería Química

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Estudio computacional de aditivos base glicerol como agentes viscosificantes para recobro mejorado
(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-16) Valdez Cantillo, Wendy Katherine; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Castro García, Rubén Hernán; Luna Cáceres, César Augusto; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; Morales Medina, Giovanni
Este trabajo presenta los resultados de un estudio basado en el método Green-Kubo de dinámica molecular, que examinó la viscosidad de sistemas agua-poliglicerol. Se exploraron variaciones en la cantidad de moléculas de poliglicerol, su estructura y grado de polimerización, utilizando polímeros lineales y ramificados, como los poligliceroles alpha-alfa y alpha-beta. Los hallazgos revelaron una relación directa entre la concentración de poliglicerol y la viscosidad de la solución, mostrando un aumento proporcional a medida que se incrementaba la concentración de polímero. Este fenómeno se atribuyó al fortalecimiento de las interacciones moleculares, incluyendo enlaces químicos, fuerzas de dispersión y fuerzas electrostáticas, que promovieron la formación de agregados o estructuras entrelazadas, incrementando la resistencia al flujo y, en consecuencia, la viscosidad de la solución. Además, se observó una disminución en los coeficientes de difusión a medida que los polímeros se volvían más complejos en términos de tamaño y estructura, especialmente en los casos de poligliceroles alpha-beta y polímeros ramificados. Estas observaciones indicaron un comportamiento no newtoniano en los sistemas estudiados, influenciado por el grado de polimerización y la conformación de las cadenas de poliglicerol. Se destacó la importancia de las interacciones entre los grupos funcionales del poliglicerol, como los grupos hidroxilo, y las moléculas de agua en estas propiedades. Estas interacciones, basadas en enlaces de hidrógeno y fuerzas de dispersión, contribuyeron a la atracción entre el poliglicerol y el agua. En conclusión, este estudio demostró que los polímeros basados en glicerol son alternativas efectivas como aditivos viscosificantes en soluciones acuosas, con un énfasis particular en los poligliceroles ramificados. Estos polímeros exhibieron un mayor poder viscosificante, posiblemente debido a un mayor volumen hidrodinámico observado durante las simulaciones. Estos resultados tienen implicaciones significativas en la industria del petróleo, especialmente en el campo del recobro mejorado, donde los polímeros de glicerol ramificados podrían aplicarse con éxito. Estas conclusiones respaldan la viabilidad y el potencial de los polímeros de glicerol en aplicaciones industriales relacionadas con el control y la modificación de la viscosidad de soluciones acuosas.
Análisis cinético multiescala de la vía de desulfuración directa del dibenzotiofeno en la fase modelo CoMoS
(Universidad Industrial de Santander, 2023-08-19) Ariza Gómez, Michael Leonardo; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Hess, Franziska; Morales Valencia, Édgar Mauricio; Mejía Ospino, Enrique; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio
La reacción de hidrodesulfuración (HDS) de moléculas como el dibenzotiofeno (DBT) es un elemento clave para reducir las emisiones de gases tóxicos. Generalmente, estas reacciones se llevan a cabo con un catalizador de disulfuro de molibdeno promovido por cobalto o níquel, lo que permite una mejor actividad catalítica del sistema. En general, se realizan experimentos y cálculos teóricos para comprender el fenómeno de la reacción de hidrodesulfuración, sin embargo, la dinámica del proceso se descuida y no se considera hasta la fecha. Hemos implementado diferentes metodologías para tener una noción de la evolución temporal de las especies en HDS. En este trabajo, realizamos un estudio teórico sobre la ruta de desulfuración directa del dibenzotiofeno en vacantes de azufre pertenecientes a la fase activa del modelo CoMoS. Usamos cálculos DFT estáticos para comprender el estado electrónico del sistema, luego estimamos las propiedades termodinámicas en condiciones de operación para estudiar el efecto de las contribuciones de la entropía y la entalpía de la reacción. Luego, desarrollamos un modelo microcinético (MK) que permite comprender la interacción de todos los pasos elementales. Finalmente, realizamos simulaciones cinéticas de Monte Carlo (KMC) para conocer la distribución espacial y la frecuencia con la que ocurren las reacciones en el borde de CoMoS. En conjunto, estos hallazgos sugieren que: i) la monohidrogenación de la molécula dibenzotiofeno es el paso limitante de velocidad en la reacción para cualquier tipo de técnica utilizada en este estudio, lo cual fue verificado por medio de un grado de control de velocidad; ii) considerar adsorber hidrógeno molecular en el plano de la reacción, ayudo a comprender las altas condiciones de presión y temperatura que requieren las refinerías para remover estos heteroátomos de azufre iii) el escalado que se realizó en estudio, permitió comprobar que mediante la implementación exclusiva de los calculos teóricos es posible describir la tendencia de los datos experimentales.
Preparación de un surfactante para uso industrial empleando como materia prima el lodo colectado en las lagunas de oxidación de la industria de aceite de palma
(Universidad Industrial de Santander, 2023-08-16) Chaparro Acosta, Javier; Urbina González, Juan Manuel; Sánchez Torres, Viviana; Mercado Ojeda, Ronald Alfoso
En los últimos años ha aumentado la producción de aceite de palma, el cual es usado para la producción de biodiesel y oleína de uso doméstico, dando como resultado que en la producción se generen varios subproductos y residuos (lodos) que generan vectores de contaminación. Para afrontar la problemática de los lodos que se obtienen en las piscinas facultativas se hace una modificación química para convertirlos en un producto útil para industria. En este trabajo de investigación inicialmente se dispuso de un lodo proveniente de las lagunas de oxidación de la industria de aceite de palma y se trató, mediante una extracción Soxhlet, usando éter de petróleo como disolvente para extraer el contenido de material orgánico útil, liberándolo de lignina y solidos inorgánicos, se utilizó la espectroscopia infrarroja para caracterizarlo. En la segunda parte se modificó el lodo mediante una esterificación seguida de una transesterificación usando metanol sobre el lodo; la escogencia del metanol se basa en la comparación con etanol mediante la simulación con el software Aspen HYSYS®, donde se observó que la reacción de esterificación del ácido palmítico con metanol se da más fácilmente debido a menor impedimento estérico y favorecimiento termodinámico; además, el costo en el mercado del metanol es menor, por lo que du uso es viable pensando en su aplicación industrial. Se usa ácido sulfúrico como catalizador, ya que es el catalizador más común para la esterificación de aceites. En este proceso se esterificaron los ácidos grasos libres produciendo el etil éster: se empleó un reactor batch, 5.00 gramos de lodo tratado, 10 ml de metanol, 0,13 g de ácido sulfúrico, calentamiento de 60 °C y tres horas de calentamiento a 300 rpm. Los productos de la reacción se neutralizaron con solución de carbonato de sodio, se separan mediante una extracción líquido – líquido, después evaporar al vacío el producto se caracterizó por espectroscopia infrarroja. Luego se hizo cromatografía de capa fina y de columna utilizando sílica gel para obtener un producto de mayor pureza. y por cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas GC/MS. Por último, se prepararon emulsiones en agua destilada para concentraciones de los etil ésteres (surfactante) y aceite de pino comercial del 1, 5, 10, 20%; se evaluó la estabilidad en el tiempo y se analizaron las emulsiones por microscopia. De otro lado, se midió la tensión interfacial con el método de perfil de gota del surfactante en aceite de pino en concentraciones de 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000 ppm, se calculó la CMC.
Transformación de lixiviados del Parque Tecnológico Ambiental Guayabal (Veolia Aseo Cúcuta S.A. E.S.P.) en productos de valor agregado mediante el uso de microalgas y cianobacterias
(Universidad Industrial de Santander, 2023-07-27) Ortiz Álvarez, María Daniela; Barajas Ferreira, Crisóstomo; García Martínez, Janet Bibiana; Sánchez Torres, Viviana; López Giraldo, Luis Javier
El presente proyecto evaluó el proceso de transformación de lixiviados de relleno sanitario provenientes del Parque Tecnológico Ambiental Guayabal en productos de valor agregado (lípidos, carbohidratos, fitohormonas AIA y PHB), mediante el uso de microalgas y cianobacterias pertenecientes al banco de cepas del laboratorio INNOValgae de la UFPS. Se evaluó el crecimiento y contenido de metabolitos en 16 cepas, identificando 4 con mayor potencial de uso, de las cuales se analizó su crecimiento en lixiviado tratado y lixiviado crudo a concentraciones del 5% y 10%, siendo el lixiviado al 5% el mejor medio de cultivo. Al realizar un diseño de experimentos con el fin de evaluar el impacto de diferentes factores (Tipo de luz, ciclo de luz y cepa), se determinó un modelo significativo para las variables de respuesta de lípidos, carbohidratos, AIA y PHB y se identificaron condiciones mejoradas para cada cultivo. Al evaluar las condiciones mejoradas en cultivos a escala piloto de 20L, se obtuvieron resultados positivos, alcanzando valores de 14.2 ± 0.2 % p/p de lípidos, 65 ± 1.7 % p/p de carbohidratos, 3.5 ± 0.0 % p/p de AIA y 19.7 ± 0.4 % p/p de PHB, siendo el primer sistema a escala piloto en Colombia donde se identificó el contenido de AIA y PHB. Este estudio demostró ser un proceso innovador a nivel nacional y un referente importante a nivel global, siendo insumo para la evaluación de diversos sistemas acoplados de microalgas/cianobacterias y lixiviados de relleno sanitario y promoviendo la transformación sostenible de los lixiviados en productos útiles en la industria.
Simulacion a escala de poro del efecto de las propiedades viscoelasticas de soluciones polimericas en la disminucion de la saturacion de aceite residual
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Prada Niño, Luis Carlos; Pedraza Avella, Julio Andrés; Chaves Guerrero, Arlex; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; Gomez Vergel, Jose Luis
El propósito de la presente investigación es evaluar el efecto de la viscoelasticidad del polímero en el desplazamiento del aceite residual a escala de poro, mediante el uso de la dinámica de fluidos computacionales empleando el sowftare Ansys Fluent. Para lo anterior, se implementó el modelo de Maxwell Convectivo Superior a través de la función definida por el usuario en Ansys, el cual representa el comportamiento viscoelástico de una solución polimérica. Analizando la independencia de la discretización espacial de la geometría construida se validó la correcta implementación del modelo reológico y su adecuada representación del fenómeno físico por medio de comparaciones del tipo cualitativas y cuantitativas con los resultados obtenidos en artículos y de libros publicados anteriormente. En los resultados se evaluaron las diferencias de los pefiles de flujo de los fluidos empleados en la simulación, es decir el agua y las soluciónes polimérica newtoniana y viscoelástica. Se establecieron tres diferentes geometrías de poro (contracción, expansión y dead end) y se ubicó una pequeña fase aceite en la geometría, posteriormente se simuló el desplazamiento de los fluidos mencionados para las tres geometrías y tres diferentes ángulos de contacto (60, 90y 120 y tres diferentes valores de tensión interfacial (0,01N/m, 0,005 N/m y 0,001 N/m) usando el modelo Euleriano multifásico. Finalmente se comparaba cuál de estos fluidos y en qué condiciones se lograba la mayor deformación y desplazamiento de la fracción de aceite. Abstract Proyecto de Investigación de Maestría. Facultad de Ingeniera Fisicoquímicas. Escuelas de Ingeniería Química. Director Dr. Julio Andres Pedeza. Co-director: Arlex Chaves Guerreo, Ph.D. Samuel Fernando Muñoz Navarro, Ms.Sc. Dr. Jose Luis Gómez
Evaluacion y optimizacion del desempeño de aditivos quimicos para la remocion de calcio en un crudo de oportunidad colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Rodriguez Barrera, Jeisson Fabian; Laverde Cataño, Dionisio Antonio
Desde hace algunos años existen diversas tecnologías que buscan optimizar el procesamiento de los crudos de oportunidad, manteniendo su rentabilidad económica, seguridad operacional y ambiental en los procesos de extracción y producción de los crudos pesados. Crudos con alto contenido de ácidos nafténicos y el exceso de calcio en el agua de formación, aumentan la tendencia a la formación de naftenatos de calcio y de sales inorgánicas de calcio que no son retiradas por completo en el agua de formación. El petróleo que ingresa en las unidades de refinación contiene naftenatos y cloruros de calcio problemáticos que afectan la integridad de los equipos. La presencia de cloruros de calcio hidroliza y genera HCl en las columnas de destilación. La evidencia de estos problemas se manifiesta en la reducción de la vida útil de los equipos y accesorios; apagados en producción para mantenimientos con consecuencias costosas. Teniendo en cuenta criterios como costo, solubilidad y estabilidad de la sal formada, estado físico y los peligros, se seleccionó EDTA y ácido acético usando el programa multicriterio Expert Choice con un porcentaje del 69 y 66% respecto a otros aditivos considerados. Usando un crudo de oportunidad colombiano de 12.3 grados API, se lograron remociones de hasta el 57% del contenido de calcio inicial usando ácido acético, y de hasta 68% de remoción usando ácido etilendiaminotetraacético EDTA.
Evaluacion de la eco-eficiencia del proceso de combustion de biocombustibles de tamo de arroz y rastrojo de maiz
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Villabona Duran, Yurley Paola; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Ojeda, Karina Angelica
La biomasa es una fuente de energía renovable y se puede definir como un material biológico de donde se generan biocombustibles para generar energía térmica y eléctrica por medio de procesos como la combustión. Este proceso termoquímico puede aprovechar el poder calórico de la biomasa de manera más eco-eficiente, si se trata con procesos de densificación como peletización y compactación; no obstante, este genera emisiones contaminantes las cuales ocasionan un impacto negativo sobre la salud y la biodiversidad. Por este motivo, en este proyecto evaluó las emisiones y la eco-eficiencia del proceso de combustión de biocombustibles de tamo de arroz y rastrojo de maíz a nivel experimental con el fin de plantear un modelo estadístico que ajuste los datos experimentales, a partir del mismo se realizó la simulación para encontrar los valores óptimos para el proceso. A partir de una vigilancia tecnológica, se seleccionó la tecnología de lecho fijo permite la variación de granulometría, tipo de combustible y opera con altos excesos de oxígeno; la tecnología fue evaluada mediante un estudio experimental, donde los resultados experimentales del proceso de combustión muestran que emisiones generadas durante las diferentes pruebas de combustión se encuentran alrededor de 190 ppm para CO, mientras que para el caso de SO2 se encuentran alrededor de 5 ppm. Los resultados de la simulación permiten concluir que el coeficiente de exceso de aire es un factor importante para que el proceso de combustión sea casi completo. _____________ * Trabajo de investigación de Maestría en Ingeniería Química ** Facultad de ingenierías fisicoquímicas. Escuela de Ingeniería Química. Director: PhD. Viatcheslav Kafarov. Codirectora: PhD. Karina Ojeda.
Oxidacion fotoelectrocatalitica de aguas contaminadas con sulfuros empleando fotoanodos de bi2s3-bi2o3 bajo radiacion de uv-vis
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Rojas Vargas, Silvia Fernanda; Niño Gómez, Martha Eugenia; Pedraza Avella, Julio Andrés
La fotoelectrocatálisis se presenta como una alternativa viable para la transformación de los sulfuros contenidos en el agua de producción y residual, al ser una tecnología capaz de crear cambios en la estructura química de compuestos tóxicos orgánicos e inorgánicos hasta descomponerlos en sustancias menos peligrosas. Se sintetizaron fotoánodos heteroestructurados de Bi2S3-Bi2O3 con propiedades semiconductoras tipo “n” y mostraron una alta fotorespuesta en presencia de radiación UV-Vis. Se evaluó el efecto de la cantidad de capas de la película de Bi2O3 (1, 3, 5 y 7 capas) y el número de ciclos SILAR de Bi2S3 depositados (3, 6 y 9) sobre la actividad del material. Las propiedades fotoelectroquímicas permitieron encontrar la cantidad adecuada de ambos semiconductores. El fotoánodo con 3 capas de Bi2O3 y 9 ciclos SILAR de Bi2S3 presentó el mejor transporte electrónico desde la interface electrodo/electrolito en medio sulfurado, siendo aproximadamente tres veces mayor respecto al medio sin contenido de sulfuros. Las películas basadas en Bi2S3-Bi2O3, son delgadas y presentan una morfología más definida a medida que se deposita una mayor cantidad de sulfuro de bismuto. Los resultados de DRX y espectroscopia Raman permitieron identificar las fases presentes en el material; por medio de XPS se evidenciaron los estados de oxidación. El par redox sulfuro- sulfito contenidos en el sistema de reacción genera una adecuada estabilidad química del fotoánodo e incrementa el transporte de electrones.
Simulacion de la operacion del horno de reformado de la unidad de hidrocraqueo moderado con adicion de gases de cola de craqueo catalitico en la carga de alimentacion en la gerencia refineria barrancabermeja
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Rodriguez Ardila, Henry Mauricio; López Giraldo, Luis Javier; Salazar, Hernán Dario
La unidad de hidrocraqueo moderado (HCM) de la Gerencia Refinería Barrancabermeja (GRB) puede incrementar su producción de hidrógeno; un incremento de 1 mpced de H2 conduciría a un aumento económico de MUS $0.6 mensual por tratamiento de diésel. Este incremento puede ser obtenido aprovechando el flujo de los gases de cola de la unidad de craqueo catalítico UOP1. Estos gases de cola contienen 43% vol de H2 y 35% de metano, los cuales pueden conducir a un incremento en el flujo de hidrógeno a la salida de la unidad HCM. El presente documento analiza los resultados de una simulación para el horno de reformado de la unidad HCM, considerando una carga mezcla con los gases de cola de la unidad UOP1. En el presente documento se desarrolla y valida una simulación para el horno de reformado de la unidad HCM, considerando una carga de alimentación compuesta por la mezcla entre el flujo habitual de proceso (vapor y gas natural) y una parte de los gases de cola de la unidad UOP1. La simulación fue validada por comparación con datos históricos de proceso; el resultado de la prueba ANOVA condujo a la aceptación de la hipótesis nula. Según la simulación, la inclusión de los gases de cola (GC) en mezcla con el gas natural (GN) influye en un aumento en el perfil de temperatura en la reacción de reformado, debido al contenido previo de hidrógeno y de CO en el GC. La mayor generación de H2 en se establece con una relación GN/GC=1.57, GN=5500 Lb/h, GC=3500 Lb/h y vapor=40000 Lb/h. Los resultados de simulación validan que la inclusión de los gases de cola en el reformador de la unidad HCM, corresponde a una opción viable para el aprovechamiento de este flujo. *
Planteamiento de un sistema de dilucion y remocion de lodos en el tanque de almacenamiento k-808 de la refineria de barrancabermeja
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Botello Garcia, Jose De Dios; Barajas Ferreira, Crisostomo
Los tanques de almacenamiento en la cadena de refinación del petróleo, contienen contaminantes peligrosos denominados lodos o borras. El volumen de la capa de lodos disminuye la capacidad operativa de los tanques y contaminan los productos que se mueven a través de los mismos. El presente documento analiza los principales resultados obtenidos de un trabajo dirigido a la proposición de un sistema de dilución y remoción de lodos del tanque K-808 de la Gerencia Refinería de Barrancabermeja (GRB). Cuatro solventes disponibles en la GRB fueron utilizados en la disminución de la viscosidad del lodo; las curvas de esfuerzo cortante o shear stress fueron obtenidas y su comportamiento caracterizados y ajustado por medio de 5 modelos reológicos. Según los resultados, las mezclas entre el lodo y los solventes slop, ALC, tolueno y xileno presentan un comportamiento reológico de tipo pseudoplástico. El mejor desempeño para el ajuste de los datos reológicos del lodo y sus mezclas fue reportado por el modelo de Casson. El sistema de dilución y remoción de lodos propuesto considera el solvente ALC debido a su menor costo y menor impacto ambiental. El sistema requiere de una bomba centrífuga para la inyección del solvente y la recirculación del mismo en el tanque K-808. Con la capacidad del tanque, una cantidad de 200 barriles son requeridos para alcanzar un 5% de la mezcla lodo-ALC. Asimismo, la potencia del motor de la bomba, considerando un 80% eficiencia, deberá corresponder a 75 hp. *
Sintesis y caracterizacion de redes organo-metalicas de titanio funcionalizadas con un complejo de dioxo-molibdeno (vi)
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Bravo Sanabria, Cesar Augusto; Ramirez Caballero, Gustavo Emilio; Martinez Ortega, Fernando
Este trabajo de investigación describe la síntesis y la caracterización de redes organometálicas (MOFs) de titanio con cluster Zr/Ti-oxo tipo UiO-67, las cuales fueron funcionalizadas con la incorporación de un complejo de dioxo dicloro-molibdeno (VI) anclado a los grupos “bpy” disponibles en la red (con el uso del ligando H2bpydc). Estas MOFs multifuncionales de Zr/Ti-Mo brindaron un aumento en sus propiedades foto-electrónicas con la presencia de la funcionalidad MoO2 y la sinergia existente en la combinación de sus componentes (metales y ligandos). Se estudiaron tanto sus propiedades globales y locales mediante diferentes técnicas de caracterización. Espectroscopia infrarroja (FTIR-ATR) a fin de identificar los grupos funcionales propios del material. Sus propiedades texturales se midieron usando isotermas de adsorción/desorción de N2 a 77 K. Su composición elemental mediante espectros EDX, espectroscopia foto-electrónica de rayos X (XPS) y análisis TGA. Su morfología mediante imágenes microscopia electrónica de barrido (SEM). La cristalinidad y coherencia estructural por difracción de rayos X del polvo. Así mismo, por medio de un análisis específico XPS se puedo elucidar el comportamiento en la superficie del material sintetizado y del estado químico de las especies en la red organometálica. Por último, la resonancia magnética nuclear (RMN) de protonesse usó para cuantificar la cantidad de bpydc exitosamente anclada.
Alternativas de reuso de aguas industriales de la ptar de la gerencia refineria barrancabermeja
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Ardila Jimenez, Yeferson; Escalante Hernández, Humberto
La planta de Tratamiento de aguas residuales de la Gerencia Refinería Barrancabermeja de ECOPETROL S.A. es la encargada de realizar el tratamiento de todas las aguas residuales entre las cuales tenemos aguas agrias, aceitosas, acidas. Con el objetivo de poder analizar las mejores alternativas para el reúso de las aguas residuales de acuerdo a sus diferentes fuentes, ya que vienen con tratamiento y pueden ser reutilizadas para otros procesos sin necesidad de ser tratadas nuevamente. Por lo cual a través de este trabajo de aplicación se realizó una investigación de las mejores alternativas necesarias para el reúso de las aguas residuales en los diferentes procesos los cuales disminuye el vertimiento y realizando tratamiento terciario logrando cumplir con los parámetros que son regidos bajo la resolución 631 de 15 de marzo de 2015. La planta de Tratamiento de aguas residuales de la Gerencia Refinería Barrancabermeja de ECOPETROL S.A. es la encargada de realizar el tratamiento de todas las aguas residuales entre las cuales tenemos aguas agrias, aceitosas, acidas. Con el objetivo de poder analizar las mejores alternativas para el reúso de las aguas residuales de acuerdo a sus diferentes fuentes, ya que vienen con tratamiento y pueden ser reutilizadas para otros procesos sin necesidad de ser tratadas nuevamente. * Trabajo de Maestría ** Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas. Escuela de Ingeniería Química. Maestría en Ingeniería Química Director: M. Sc. Humberto Escalante
Estudio conceptual de la conversion de la unidad de hidrodealquilacion de tolueno en una planta para la produccion de etilbenceno
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Velasquez Murillo, Jose Luis; Agudelo Valderrama, José Luis
En este proyecto se realizó un estudio conceptual para la reconversión de la unidad U1600 (Hydeal), de una planta productora de benceno que empleaba el mecanismo de hidrodesalquilación de tolueno a una planta productora de etilbenceno mediante el mecanismo de alquilación de benceno con etileno. Todo bajo la premisa de mantener el esquema original de la planta. Bajo esta filosofía se identificaron y se propusieron reformas significativas para maximizar la producción, proponiendo un sistema de entradas salidas y tres zonas (sistema de precalentamiento, reacción y separación) para abarcar la comprensión global del caso de estudio. Las posibles modificaciones a la unidad U1600 fueron adaptadas y evaluadas mediante el software Aspen HYSYS. Dichas reformas fueron identificadas en el sistema de reacción principalmente, debido a la notable diferencia de la cinética de la reacción y las condiciones con que se logran la producción de etilbenceno. De acuerdo a esto, el equipo que prima es el reactor R1601. Con las adecuaciones propuestas se alcanzaría una conversión del 90%. El análisis técnico-económico permitió validar la viabilidad en términos monetarios la iniciativa, mostrando una tasa interna de retorno del 68% y que la recuperación de la inversión se podría lograr en el primer año, ofreciendo un margen de ganancias en los cuatro años subsiguientes a la implementación del proyecto. *
Estudio de la valorizacion de lactosuero acido mediante pretratamiento basado en etapas de desproteinizacion, clarificacion y concentracion, para uso como sustrato en la fermentacion lactica
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Gonzalez Tellez, Juan Carlos; Muvdi Nova, Carlos Jesús; Mantilla Camacho, Claudia Milena
En el presente trabajo se estudió la valorización de lactosuero ácido mediante un esquema de pretratamiento para su uso como sustrato en fermentación láctica. Se observó la conveniencia de las etapas propuestas, al conseguirse la reducción del 40% de la proteína del lactosuero y recuperarla para ser usada en su forma hidrolizada como fuente de nitrógeno de bajo costo en las fermentaciones (proyecto de pregrado), además de conseguir lactosueros concentrados hasta un Factor de Concentración Volumétrica (FCV) de 4. Se evaluó la fermentación a partir de lactosuero: entero (sin tratar), desproteinizado y concentrado, todos a un FCV de 1, y se compararon con fermentaciones de referencia a partir de lactosa grado analítico, encontrándose en todos los medios un consumo completo de la lactosa disponible con rendimientos producto sustrato (Yp/s) entre 0,77±0,03 g/g y 0,92±0,03 g/g para los medios basados en lactosuero y 0,88±0,04 g/g para el medio de referencia. Las fermentaciones con lactosuero alcanzaron productividades más altas entre 1,25±0,21 y 1,65±0,35 g/dm3.h, en comparación con 0,95±0,35 g/dm3.h para el medio de referencia. Las pruebas con lactosuero concentrado a un FCV de 2 permitieron aumentar hasta 1,7 veces la productividad con respecto a los medios a FCV de 1, con rendimientos superiores a 0,9 g/g y concentraciones de lactato
Determinacion de las condiciones necesarias durante los procesos de preservacion y purga que reducen la degradacion termo-oxidativa de la resina de la polietileno de baja densidad producida en las plantas de ecopetrol s.a barrancabermeja santander
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Padilla Cadena, Edgar Jose; López Giraldo, Luis Javier
En el presente trabajo se identificaron los factores principales que conducen a la degradación del polietileno de baja de densidad producido en las plantas de polietileno I y II de la refinería de Barrancabermeja S.A. Como medida principal se hizo un estudio de laboratorio (Espectrometría Infrarrojo FTIR-ART, Termo-Gravimetría TGA y Calorimetría Diferencial por Barrido DSC), con el objeto de identificar en primera instancia que tipo de degradación (térmica, oxidativa y termo-oxidativa) es la causante del deterioro del polietileno; a partir de los resultados de estos análisis, se pudo determinar que lo polímeros presentaban una degradación de carácter termo-oxidativa. Según el tipo de degradación identificado se hizo revisión a las practicas operacionales durante los procesos parada y preservación establecidos por la GRB (PPQ-PPQ-I-235) para las plantas de polietileno I y II. Se identificó que la presencia de oxígeno, elevadas temperaturas y polímero residual, como causantes del deterioro de la calidad del polietileno. Se propusieron nuevas prácticas operacionales o en su defecto hacer especial foco en la rigurosidad en las que se ejecutaban las ya existentes, corrigiendo los errores y un mejor método de purga el cual considera ciclos de presión y parámetros de seguridad que no se tenían presentes. Las medidas propuestas se evaluaron teniendo como criterio el factor de calidad. A partir de la evaluación realizada, se concluye que las medidas operacionales propuestas permitieron obtener polietileno producto con un mayor factor de calidad, que se traduce en un mayor margen económico para las unidades de polietileno I y II de la refinería de Barrancabermeja Ecopetrol S.A.
Elaboracion de una herramienta computacional para la deteccion de incongruencias en el diseño conceptual y basico de procesos quimicos
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Vargas Rubio, Everth Alfonso; Avellaneda Vargas, Fredy Augusto; Nabarlatz, Débora Alcida; Ordóñez Sepúlveda, Iván Darío
Los simuladores de procesos presentan errores que no suelen tenerse en cuenta, y por ende podrían afectar el diseño de un proceso. Existen reglas de heurística que permiten realizar diseños más acordes con la práctica y no suelen ser verificadas por los simuladores de procesos. Por este motivo, en este proyecto se desarrolló una herramienta informática que permite revelar incongruencias en las variables de operación y en el diagrama de flujo de un proceso químico. Se realizó una recopilación y clasificación detallada de reglas de heurística usadas para el diseño de equipos y procesos. Se establecieron estrategias de sistematización para programar un algoritmo que evalúa los distintos tipos de heurística encontrados, usando programación en Microsoft Visual Basic®. Se diseñó una interfaz gráfica para facilitar con ello el uso de la herramienta y la lectura de los resultados entregados. La herramienta fue sometida a un proceso de evaluación interna con seis procesos como casos de estudio. Posteriormente se realizó una evaluación externa con estudiantes para evidenciar el correcto funcionamiento de la herramienta, y se aplicó una encuesta con el fin de evaluar su utilidad y eficiencia. Se concluyó que la herramienta permite detectar errores en los intervalos de operación de las variables del proceso, fallas en el diseño de los equipos, algunos errores de topología básica, falencias en los balances de masa, entre otros. _____________ * Trabajo de investigación de Maestría en Ingeniería Química ** Facultad de ingenierías fisicoquímicas. Escuela de Ingeniería Química. Director: PhD. Fredy Augusto Avellaneda. Codirectores: PhD. Debora Alcida Nabarlatz, Ing. Iván Darío
Estudio del efecto de la variabilidad del poder calorifico de las mezclas de gases en la combustion en hornos de refineria mediante dinamica de fluidos computacional (cdf)
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Morales Restrepo, Sergio Andres; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Diaz Mateus, Fabian Andrey; Alvarez Castro, Helver Crispiniano
En los procesos de refinación de petróleo se generan diversas mezclas de gases residuales ahorro de gas natural, con el cual se mezclan, o se utilizan directamente en los equipos, especialmente en los hornos. Sin embargo, la composición de estas mezclas de gases no es homogénea, lo cual genera alteraciones en el poder calorífico y en el proceso de combustión. La simulación numérica mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, por sus siglas en inglés) ha demostrado ser una técnica de alta precisión para modelamiento y simulación de hornos de refinería, que puede ofrecer y predecir información detallada de operación de hornos. En la literatura se han reportado muy pocos estudios de simulación en CFD donde se investigue el efecto de la variación de la composición del combustible sobre la distribución de los perfiles de velocidad, temperatura y especies químicas al interior de hornos de refinería y sus principales variables operacionales. Teniendo en cuenta lo anterior, en este proyecto se estudió el efecto de la variabilidad del poder calorífico de mezclas de gases de refinería en el proceso de combustión en hornos mediante CFD simulando casos comparativos con los cuales se pudo evidenciar que al aumentar el poder calorífico de la mezcla de gases, se presenta un incremento en la temperatura pico de piel de tubo en la zona inferior del horno, las emisiones de CO2 y de NO. Por otro lado, si el poder calorífico disminuye, la temperatura pico de piel de tubo en la zona inferior se reduce y lo mismo ocurre con las emisiones de CO2 y NO. En síntesis, se determinó que el uso de mezclas de alto poder calorífico puede convertirse en una desventaja operativa y ambiental en los hornos de refinería. 1
Analisis del comportamiento de la unidad u1000 de la grb mediante su modelado con la herramienta aspen hysys para evaluar la factibilidad de cargar y procesar aceite desmetalizado
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Tristancho Muñoz, Adrian; Baldovino Medrano, Victor Gabriel; Castellanos Romero, German Emilio
En el presente trabajo de aplicación se desarrolló un modelo, por medio de la herramienta Aspen HYSYS®, de la unidad de desasfaltado con propano U1000 de la refinería de Ecopetrol S.A. en Barrancabermeja. En él se analizó el comportamiento de la producción y calidad del extracto, enfocados en su rendimiento y contenido de Carbón Conradson (CCR), simulando como corriente de carga DMO. El modelo inicialmente fue validado al comparar los registros históricos del proceso con los datos arrojados por la simulación con carga de Fondos de Vacío y Slurry. Las pruebas se realizaron con diferentes paquetes termodinámicos siendo el más apropiado la ecuación de estado Pen Robinson Stryjek Vera (PRSV). Luego se procedió a implementar el DMO como nueva corriente de carga al modelo, evaluando el comportamiento del extracto y las condiciones operacionales del proceso en la simulación. Esta valoración se hizo por medio de ensayos de evaluación, cada una con un tipo diferente de solvente de extracción y ajustando las variables independientes: relación solvente carga y la temperatura de cima de la torre de desasfaltado. Los mejores resultados se obtuvieron en la corrida que utilizó el solvente de extracción con una composición de 57% de propano, 24% de propileno, 10% de Butano más otros, con datos promedios de rendimiento en 49.64% y CCR en 1.58%w. Con un intervalo de confianza del modelo de un 95%, esta propuesta de aplicación concluye que la unidad de desasfaltado con propano U1000, bajo ciertos ajustes operacionales, puede cargar DMO y obtener un alto rendimiento de extracto y bajo contenido de Carbón Conradson en el mismo. * Trabajo de Aplicación Final. ** Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas, Escuela de Ingeniería Química Maestría en Ingeniería Química, Director: Prof. Victor Gabriel Baldovino Medrano,
Estudio tecnico-economico de esquemas operacionales que permitan alternar sistemas de despojo en las unidades de tratamiento con amina de la refineria de barrancabermeja
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Prieto Gonzalez, Jose Antonio; Guerrero Amaya, Hernando
En este proyecto se plantearon y evaluaron dos esquemas operacionales para la adecuada remoción del sulfuro de hidrógeno presente en los gases ácidos residuales de las unidades HDT, HCM y UOPI de la refinería de Barrancabermeja, que estaban sobrecargando y provocando acelerada corrosión en la unidad de endulzamiento U2870. Se identificó oportunidades para aprovechar activos existentes en las unidades de endulzamiento (U4860 y U4282), para tratar las corrientes ácidas evaluando su viabilidad técnica por medio del software para modelamiento de procesos químicos Aspen HYSYS V 10. La primera alternativa consiste en tratar la corriente de amina rica proveniente de la T2561 de HCM en la despojadora T-4861 de la U-4860, siendo necesario un cambio de solvente de DEA a MDEA para aumentar la capacidad de carga ácida (mol gas ácido/mol amina). Por otra parte, la segunda alternativa consiste en adecuar e integrar la torre despojadora T-2842B de la U-4282 actualmente en fuera de servicio, al sistema de despojo de T-4861 para tratar la amina rica sin necesidad de cambio de solvente. No obstante, la evaluación económica reveló que aunque ambas alternativas son viables tanto operativa como económicamente, la mejor opción consiste en tratar alrededor de 320 gpm en la despojadora T-4861 enviando la fracción restante (134 gpm) en la T-2842B, mejorando la flexibilidad operativa de las unidades de amina al conectarlas por medio de cabezal común, obtenie años de implementar el sistema propuesto al primer año.
Extension del modelo predictivo de formacion de depositos de parafina "michigan wax predictor" a un campo de flujo bidimensional utilizando dinamica de fluidos computacional
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Becerra Sierra, Pedro Alejandro Felipe; Chaves Guerrero, Arlex; Fuentes Díaz, David Alfredo; Alvarez Castro, Helver Crispiniano
La presencia de depósitos de parafina en líneas de flujo puede ocasionar problemas de transporte, incrementando los costos relacionados a mantenimiento y operación, y aunque existen distintos métodos preventivos y correctivos para este problema, gran parte de estos requieren conocer información tal como la ubicación, dureza y tamaño del depósito de parafina formado. Por esta razón, el modelamiento matemático del proceso de formación de depósitos de parafina en tuberías ha sido un tema con un desarrollo continuo en las últimas décadas. Sin embargo, los modelos desarrollados suelen reducir el problema a una predicción de la información requerida a partir de variables del proceso mediante correlaciones experimentales; consideran los efectos convectivos mediante correlaciones aplicadas en la interfase del depósito, y en caso de considerar la convección directamente, se suele despreciar el efecto convectivo en la dirección radial. Este trabajo propone representar el proceso de una manera más apegada a la física, por esto se propone la extensión del modelo conocido como «Michigan Wax Predictor» a un campo de flujo bidimensional. El modelo propuesto en este trabajo resuelve el transporte de masa, energía y momento para flujo laminar y monofásico en una tubería cilíndrica utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) y el método de volúmenes finitos (FVM). Este trabajo presenta la solución numérica obtenida y los resultados experimentales obtenidos de la literatura con los cuales se verificó el funcionamiento del modelo.

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