Doctorado en Ingeniería Química

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    Efecto de la estructura química y la concentración de los asfáltenos sobre las propiedades reológicas y termodinámicas de la cristalización de parafinas en crudos del campo colorado
    (Universidad Industrial de Santander, 2016) Ariza León, Emiliano; Molina Velasco, Daniel Ricardo; Chaves Guerrero, Arlex
    El alcance de este trabajo fue investigar el efecto que tienen la estructura química y la concentración de los asfaltenos sobre la precipitación de parafinas en el campo Colorado. Asfaltenos de crudos y sus depósitos fueron caracterizados mediante técnicas espectroscópicas de RMN, IR, DRX y RAMAN; se demostró que la estructura molecular promedio los asfaltenos del crudo son diferente entre sí y con los de sus respectivos depósitos, también varían si el crudo proviene de una sola arena o de mezclas. Las parafinas extraídas de los crudos fueron caracterizadas por RMN, MS, IR y SimDis, mostrando que presentan diferencias en sus características. Para evaluar el efecto de los asfaltenos en la cristalización de parafinas, se determinaron a maltenos como a sus respectivos crudos propiedades de temperatura de cristalización, punto de fluidez, temperatura de gel, esfuerzo de cedencia y viscosidad, que representan las variables dependientes. Con la información de caracterización por RMN - 1H de maltenos y asfaltenos y la concentración de asfaltenos se realizó un análisis multifactorial por PLS, validando la hipótesis: los asfaltenos tienen incidencia en las propiedades termodinámicas y reológicas de cristalización del crudo. Se demostró que los asfaltenos dentro del crudo afectan de manera diferente las propiedades que los asfaltenos de los depósitos a los crudos, lo mismo ocurre con las fracciones de los asfaltenos que aportan de manera diferente a las propiedades del crudo. Los asfaltenos en interacción con las parafinas tienen diferente comportamiento que dentro del crudo. Con las temperaturas características de la cristalización del Campo Colorado: temperaturas de cristalización, gel y punto de fluidez se encontró que la severidad del problema para los pozos que producen mezclas de crudo de arenas B y C inicia en fondo, mientras que para los de B y mezclas de crudos C y E ocurre en superficie. 1
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    Desarrollo de un modelo de simulación para el proceso de coquización retardada de residuos de la refinación de crudos Colombianos
    (Universidad Industrial de Santander, 2016) Díaz Mateus, Fabian Andrey; Chaves Guerrero, Arlex; Maradei García, María Paola; Fuentes Díaz, David Alfredo; Guzmán Monsalve, Alexander
    Colombia se encuentra actualmente en un proceso de actualización de toda su infraestructura petrolera de crudos livianos hacia crudos pesados los cuales conforman casi la totalidad de nuestras reservas futuras. El proceso de coquización retardada es el corazón de esa actualización ya que permitirá la conversión total de los crudos pesados y extra-pesados en Colombia. La coquización retardada apenas se está comenzando a estudiar en el país, los únicos datos experimentales disponibles provienen de la planta piloto de coquización retardada del Instituto Colombiano del Petróleo (ICP) de Ecopetrol. Esta tesis doctoral se encuentra dentro del convenio de cooperación tecnológica 03 de 2011 firmado por el ICP y la Universidad Industrial de Santander (UIS) y está acreditada para emplear estos datos. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar un modelo de simulación computacional del proceso de coquización retardada empleando dinámica de fluidos computacional (CFD) con el fin de generar una herramienta de predicción de la formación de productos y de la acumulación de coque dentro del reactor. Este modelo fue solucionado numéricamente mediante programación en lenguaje C++. El desarrollo de este modelo de simulación representa un avance significativo ya que aún no se ha presentado en la literatura un modelo de simulación en dinámica de fluidos computacional de este proceso, los modelos que se encuentran en la literatura corresponden a correlaciones y modelos cinéticos los cuales no dependen del tiempo, variable fundamental para este proceso, y por lo tanto no presentan nada acerca de la acumulación de coque en el reactor, ni de las propiedades de la cama de coque las cuales dependen de las variables fluido-dinámicas del medio reaccionante, como fue comprobado en este trabajo. El rendimiento de coque obtenido en las simulaciones presenta una desviación máxima de 4.98% respecto a datos experimentales obtenidos en planta piloto.
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    Study of the reactivity of 5 hydroxymethylfurfural with hydrogen in the presence of supported transition metal catalysts in aqueous medium
    (Universidad Industrial de Santander, 2016) Duarte Duarte, Diana Paola; Martínez Rey, Ramiro; Hoyos Marín, Luis Javier
    Nuevas políticas para la protección del medio ambiente y la sostenibilidad económica han llevado al desarrollo e implementación de tecnologías para la producción de combustibles y químicos a partir de recursos renovables. Una ruta para la producción de biocombustibles y químicos es a través del 5-hidroximetilfurfural (HMF) derivado a partir de la conversión catalítica de biomasa. La hidrodesoxigenación es un proceso idóneo para convertir HMF en productos de valor agregado. En este trabajo, la hidrodesoxigenación del HMF se estudió en la presencia de catalizadores soportados en sílice y en alúmina en medio acuoso. El efecto de metales tales como Ni, Pd, Cu y Ru se evaluó en la conversión del HMF. La actividad catalítica fue evaluada en un reactor de flujo descendente en vista de una posible aplicación a un proceso de biorefinería a gran escala. Una variedad de compuestos valiosos fue obtenida dependiendo de la naturaleza del metal depositado en el soporte. Los catalizadores de Ni, Pd y Ru soportados favorecieron principalmente la reacción de descarbonilación del grupo carbonilo del HMF, mientras que reacciones de hidrogenólisis y ciclización fueron observadas sobre los catalizadores de Cu soportados. Además, los catalizadores de Pd soportados fueron bastante selectivos a hidrogenar el anillo furano, especialmente a altas temperaturas. Los catalizadores basados en alúmina promovieron las reacciones de hidrogenólisis, hidrogenación del anillo y apertura del anillo del HMF comparado a los catalizadores basados en sílice. Además, catalizadores de Ni-Cu soportados en alúmina fueron también estudiados con el fin de mejorar los rendimientos hacia productos de hidrogenólisis. El catalizador CuNi/A-CoImp exhibió el mejor rendimiento para la hidrogenólisis del HMF a 155 °C y 0.41 MPa.
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    Diseño conceptual de un sistema de producción de la microalga botryococcus braunii en fotobiorreactores como materia prima para la producción de biocombustibles de tercera generación
    (Universidad Industrial de Santander, 2016) Barajas Solano, Andrés Fernando; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Guzmán Monsalve, Alexander
    Botryococcus braunii es una microalga con caracterisicas especiales que la convierten en una microalga promisoria para la producción de biocombustibles. En el presente trabajo se presenta el aislamiento, caracterización y optimización de las variables de cultivo para una nueva cepa de B. braunii aislada en Colombia. Se obtuvo un nuevo medio de cultivo, con el cual es posible obtener hasta 0.7 g/L y una productividad de 0.028 g/L*d-1 en un periodo de 25 días con una concentración de lípidos e hidrocarburos de 41% y 9% (p/p); por otra parte se pudo comprobar que al aumentar la concentración inicial de biomasa inoculada (de 0.08 a 0.4 g/L) la productividad no se ve afectada, ademas se encontro que la mejor fuente de nitrogeno fue el nitrato de potasio y la mejor fuente de carbono inorganico fue el carbonato de sodio, sin embargo al optimizar la relación de estos dos los contenidos finales de hidrocarburos y lipidos totales fueron inferiores (menos del 20%). Por otra parte, al emplear CO2 las concentraciones de lipidos totales e hidrocarburos aumentaron considerablemente en relación con la otra fuente de carbono. Por ultimo, los resultados obtenidos a partir de la implementación de la calculadora EnAlgae Open Pond permiten conocer el posible costo de implementación y operación de sistemas abiertos para el cultivo de B. braunii en las condiciones tanto de Barrancabermeja como de Cartagena, se resalta que con un costo de producción de biomasa de € 2.81 y una producción de 0,6 kg/m3 es posible tener una tasa de retorno de 0.1 años con una producción de 93936 Ton/año de biomasa y una inversión cercana de € 261 Millones.
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    Diseño de una metodología para lograr una combustión eco-eficiente y segura de mezclas de gases
    (Universidad Industrial de Santander, 2015) Meriño Stand, Lourdes Isabel; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Saavedra Rueda, Jaqueline
    La combustión ha sido un proceso clave para el desarrollo de la humanidad, aunque actualmente se encuentra ante la incertidumbre del agotamiento de los combustibles fósiles, lo que sumado al impacto ambiental por la generación de emisiones y su incidencia en el efecto invernadero, ha proporcionado el impulso para el desarrollo de investigaciones tendientes al uso eficiente de los combustibles y al desarrollo tecnológico en el área de la combustión asociado a la eco-eficiencia de los procesos [1]. La composición de las mezclas combustibles utilizadas en procesos industriales varía de acuerdo a sus características [2] y para enfrentar los problemas generados por la variabilidad de la composición de los combustibles [3,4,5,6], se diseñó una metodología para la gestión eco-eficiente de los procesos de combustión, integrando aspectos energéticos, ambientales y de seguridad operacional según los lineamientos de la norma ISO 50001, aplicando el ciclo Planificar- Hacer- Verificar - Actuar (PHVA) [7]. La aplicación de la metodología para la gestión eco-eficiente de la combustión se realizó tomando como caso de estudio la red de gas combustible de la industria de refinación del petróleo, teniendo en cuenta el impacto de esta industria en los aspectos económicos, ambientales y sociales a nivel nacional e internacional. La metodología diseñada permite caracterizar la red combustible en cuanto a la cantidad, calidad y condiciones de operación; evalúa el desempeño energético, ambiental y la seguridad de procesos mediante el modelo de combustión y establece las herramientas para el seguimiento y control del proceso de combustión. Para el desarrollo de esta investigación se contó con la colaboración de ECOPETROL S.A y la Universidad Sapienza de Roma (Italia) y Universidad Técnica Federico Santa María (Chile) para la realización de la pasantía. 1
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    Estudio de la producción de polihidroxibutirato (phb) por bacillus sp. utilizando glicerol residuo de la industria del biodiesel como fuente de carbono
    (Universidad Industrial de Santander, 2015) Moreno Yañez, Paula Andrea; Guzmán Luna, Carolina; Combariza Montañez, Marianny Yajaira; Escalante Hernández, Humberto
    El polihidroxibutirato (PHB) es un biopolímero biodegradable, biocompatible y termoplástico sintetizado por bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. Este estudio reporta diversos Bacillus nativos con la capacidad de acumular PHB utilizando glicerol residuo de la industria de biodiesel como fuente de carbono. De 15 Bacillus aislados, B. megaterium B2 fue seleccionado para la posterior optimización estadística. Los diseños Plackett-Burman y central compuesto fueron utilizados para encontrar las variables clave y las condiciones óptimas en la producción de PHB. La temperatura y las concentraciones de glicerol y Na2HPO4 son las variables experimentales con mayor influencia en la producción de PHB por B2. Después de 14 horas de fermentación en matraz con las condiciones óptimas, B2 produce 0.43g/L de PHB con un 34% de acumulación intracelular. En un biorreactor de 7.5 L bajo las mismas condiciones se alcanzó una concentración máxima de 1.20g/L en 11 horas. Estos valores corresponden a un incremento del 48% y 314% de la producción de PHB con respecto a las condiciones iniciales de cultivo. Para lograr un mejor entendimiento del proceso, se desarrolló un modelo matemático que permite describir el crecimiento del microorganismo, el consumo de sustratos, la formación de producto y simular diferentes estrategias de cultivo. La velocidad de crecimiento del microorganismo se simuló teniendo como sustratos limitantes el oxígeno y el glicerol de acuerdo con las ecuaciones Monod y sigmoidal, respectivamente. Para describir la producción de PHB se utilizó la ecuación de Luedeking-Piret. La simulación y la estimación de parámetros se llevaron a cabo utilizando el software EMSO. Los parámetros se estimaron utilizando los datos obtenidos en fermentaciones batch y fed-batch realizadas en un biorreactor de 7.5 L. La mejor estrategia de alimentación en fed-batch, permitió una producción de PHB de 2.06g/L. Este valor corresponde a un incremento del 72% con respecto a la producción en batch. .
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    Study of factors affecting precipitate formation in palm oil biodiesel
    (Universidad Industrial de Santander, 2015) Plata Chávez, Vladimir; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Maradei García, María Paola
    Este trabajo tuvo como objetivo investigar los factores de formación de precipitados en el biodiesel de palma africana (POB) con el fin de encontrar un set de condiciones donde el POB tuviera un CSFT aceptable. Inicialmente, precipitados aislados de POB fueron fraccionados mediante cromatografía en columna y caracterizados mediante TLC, FTIR, GC-FID, DSC y TGA. La caracterización reveló la presencia preponderante de monopalmitina y esteril glucósidos libres (FSG), sugirió la presencia de esteril glucósidos acilados y jabones de ácidos grasos, y reveló la presencia de componentes desconocidos que pudieron haber eluído con la monopalmitina y los FSG durante el fraccionamiento mediante cromatografía en columna. Después, se investigó el efecto del contenido de FSG, monoglicéridos y humedad sobre la masa de precipitados y el CSFT del POB.. Se encontró que sólo los FSG afectaban el CSFT mientras que los FSG, monoglicéridos y la humedad afectaban la masa de precipitados. A niveles bajos de humedad, el incremento de FSG incrementó la masa de precipitados. Por el contrario, al incrementarse los monoglicéridos, la masa de precipitados decreció. La interacción con la humedad exacerbó la precipitación. Finalmente, se investigó el efecto de cuatro adsorbentes sobre el CSFT del POB. Se investigó también el impacto sobre el contenido de glicerina total y de humedad, y la estabilidad oxidativa del biodiesel. Todos los tratamientos disminuyeron la masa de precipitados y el contenido de glicerina total y de humedad, pero sólo el tratamiento con 5 % en peso de un silicato natural y tierras de blanqueo a 25 °C produjo una filtrabilidad aceptable. Las condiciones de adsorción con tierras de blanqueo ácidas (AABE) se optimizaron posteriormente. La combinación de 0.65 % en peso de AABE y 10 min a 25 °C disminuyó el CSFT por debajo del límite de la ASTM.
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    Effect of modification methods on usy zeolite properties and its hydrocracking performance
    (Universidad Industrial de Santander, 2015) Agudelo Valderrama, José Luis; Giraldo Duarte de León, Sonia Azucena; Hoyos Marín, Luis Javier
    Esta tesis doctoral contribuyó a mejorar el entendimiento de la relación entre las propiedades de la zeolita USY y su reactividad en hidrocraqueo. Estudios sobre el efecto del grado de desaluminización, el contenido de especies de aluminio no estructural, EFAl (Extraframework aluminum) y la mesoporosidad en el desempeño en hidrocraqueo de una carga real se llevaron a cabo con catalizadores a base de zeolitas USY modificadas. Se usó un conjunto amplio de técnicas para caracterizar las propiedades de las zeolitas y los catalizadores de hidrocraqueo, incluyendo XRD, análisis elemental, XPS, fisisorción de N2, HRTEM, RMN de estado sólido de 29Si y 27Al, NH3-TPD, FTIR de piridina adsorbida, UV-Vis DRS y Raman. Los resultados indican que a menor contenido de aluminio en la estructura, menor actividad de hidrocraqueo. Tratamientos químicos moderados con ácido o con Na2H2-EDTA de la zeolita USY mostraron ser benéficos para incrementar la actividad de hidrocraqueo debido al mejoramiento del acceso a los sitios ácidos después de la remoción de especies EFAl aglomeradas. Sin embargo, la presencia de ciertas especies EFAl es necesaria para obtener alta actividad en hidrocraqueo de cargas reales. La remoción severa de especies EFAl es perjudicial para la producción de destilados medios dado que conduce a la exposición de sitos ácidos Brønsted fuertes, los cuales tienden a sobrecraquear la carga. La combinación de diferentes métodos de tratamiento resulta en catalizadores basados en zeolitas USY con actividad hacia destilados medios mejorada. Esta tesis fue financiada por ECOPETROL S.A. y desarrollada en el Instituto Colombiano del Petróleo en colaboración con la Universidad Industrial de Santander dentro del convenio de cooperación tecnológica No. 03-2011. Parte de la experimentación fue realizada en la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Holanda) durante la pasantía doctoral. _____________________________________________________________________
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    Fraccionamiento por destilación molecular y caracterización de fondos de vacío de crudos colombianos
    (Universidad Industrial de Santander, 2014) Orrego Ruiz, Jorge Armando; Mejía Ospino, Enrique; Molina Velasco, Daniel Ricardo; Guzmán Monsalve, Alexander
    En el presente trabajo se establecieron condiciones para operar de forma eficiente una unidad de destilación molecular para el fraccionamiento de fondos de vacío. Se evidenció que el rendimiento de este tipo de matrices depende del flujo de entrada al evaporador, del grosor de la muestra en contacto con el evaporador y de las temperaturas del evaporador y el condensador. La técnica se utilizó para fraccionar 9 crudos colombianos a partir de sus fondos de vacío 510°C+. Cada una de las fracciones fue caracterizada según el análisis de saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos (análisis SARA), la densidad, el residuo de carbón micro (MCR), y el contenido de azufre, vanadio, níquel y nitrógeno básico. De acuerdo a los resultados obtenidos, se confirmó que los compuestos polares se concentran en las fracciones con temperaturas altas de ebullición y están asociados con las resinas y los asfaltenos. Adicionalmente, fueron construidos modelos para la predicción de 10 propiedades fisicoquímicas de fondos de vacío y fracciones de destilación molecular usando espectroscopía MIR-ATR y Quimiometría. Para tres muestras de referencia se estableció que la predicción de todas las propiedades fue un proceso reproducible a lo largo de cuatro meses. Finalmente, mediante el análisis jerárquico de clúster (HCA) y el análisis por componentes principales (PCA) de los espectros IR, se propusieron cuatro parámetros estructurales (no publicados hasta ahora) a partir de los cuales puede ser posible calcular la densidad y el residuo micro-carbón de fracciones pesadas. Estos parámetros podrían ser usados para seguir los cambios composicionales de procesos de conversión profunda de fondos de vacío.
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    Development of a topology of biorefinery for obtaining biofuels and bioproducts from microalgae biomass
    (Universidad Industrial de Santander, 2014) González Delgado, Ángel Darío; Kafarov, Viatcheslav Victorovich
    Los aspectos técnicos para transformar las ideas en acciones viables aún están en construcción, e involucran una gran cantidad de aspectos que incluyen pero no se limitan a la integración de conocimientos interdisciplinarios, el desarrollo de nuevas tecnologías y el uso eficiente de materias primas renovables. En este libro se presenta el desarrollo de una topología de biorrefinería basada en microalgas, considerada como un esquema o diagrama de flujo con la secuencia necesaria para el uso total de biomasa de microalgas y su transformación en un conjunto de productos. Este desarrollo fue apoyado en tres pilares: la experimentación, como la fuente de información técnica primaria, la ingeniería de procesos asistida por ordenador como herramienta de apoyo a la toma de decisiones para la evaluación de tecnologías y la síntesis de procesos como el crisol donde se juntan elementos separados en un conjunto coherente. El enfoque del marco general desarrollado en esta tesis permitió obtener de la enorme cantidad de posibilidades de tecnologías existentes y emergentes para el procesamiento de las microalgas, dos topologías posibles de bio-refinerías con valores objetivos positivos (ingresos anuales), teniendo como principal producto de la metodología al biodiesel, La metodología desarrollada en la parte final es útil para otros procesos y productos debido a sus características jerárquicas, y también puede ser reorientada a otro producto principal o función objetivo (por ejemplo, el rendimiento máximo, el máximo beneficio, pasos mínimos de procesamiento, un mínimo de residuos, emisiones mínimas, máxima flexibilidad de materia prima, la más alta energía o eficiencia exergética)
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    Análisis de balance de fluxes de saccharomyces cerevisiae mediante la utilización de nuevas funciones objetivo, compuestas por combinaciones de objetivos de los compartimentos celulares
    (Universidad Industrial de Santander, 2013) García Sánchez, Carlos Eduardo; Torres Sáez, Rodrigo Gonzalo
    El objetivo principal del análisis de balance de flux (Flux Balance Analysis – FBA) es obtener predicciones cuantitativas de los fluxes metabólicos de un organismo. Para ello, es necesario usar una función objetivo apropiada para garantizar buenas estimaciones de esas velocidades de reacción. En este estudio, se evaluó el desempeño predictivo del FBA, usando funciones objetivo surgidas de la combinación lineal de diferentes objetivos celulares supuestos. Este enfoquees más apropiado para las células eucarióticas, debido a la multiplicidad de compartimentos celulares que presentan. Por esta razón, se usó en este estudio Saccharomyces cerevisiae como organismo modelo, y su red metabólica fue representada usando el modelo metabólico a escala genómica denominado iMM904. Dado que el objetivo fue evaluar el potencial predictivo del FBA utilizando el tipo de funciones objetivo descritas, el consumo de sustrato y oxígeno fueron los únicos valores experimentales que se usaron como datos de entrada para el FBA. Además, se utilizó información experimental acerca del crecimiento celular y de la excreción de metabolitos al ambiente para evaluar la calidad de las predicciones. La calidad de las predicciones obtenidas con el FBA dependió drásticamente del conocimiento de la tasa de consumo de oxígeno. En la mayoría de clasificaciones estudiadas, las mejores predicciones se obtuvieron con „maximización de producción de biomasa‟ como función objetivo, así como con algunas combinaciones de objetivos que la incluían. En el caso particular del modelado de crecimiento en fase exponencial en un cultivo por lotes sin conocimiento de la tasa de consumo de oxígeno, la función objetivo „maximización de producción de biomasa más minimización de producción de NADH en el citosol más minimización de consumo de NAD(P)H en la mitocondria‟ arrojó mejores predicciones de los fluxes que las obtenidas usando cualquier otra función objetivo explorada en este trabajo.
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    Modelamiento del sistema reformado de bioetanol a hidrógeno - pila de combustible para la generación de energía eléctrica
    (Universidad Industrial de Santander, 2012) Hernández Bello, Liliana Cristina; Kafarov, Viatcheslav Victorovich
    En el trabajo de investigación que se describe a continuación se elaboró un nuevo modelo cinético para el proceso de reformado de bioetanol con vapor donde se incluyen dos de sus principales intermedios estables de reacción: acetaldehído y acetona para, con base en este modelo, evaluar la importancia relativa de dichos componentes en el diseño integrado de un sistema que usa pilas de combustible de óxido sólido en la generación de energía eléctrica. Este objetivo se llevó a cabo mediante una selección inicial de un catalizador activo, estable y selectivo a hidrógeno con fase activa basada en un metal no noble, cuyo desempeño se evaluó experimentalmente a diferentes condiciones de temperatura, relación de alimento agua: etanol y tiempo espacial y, sobre el que se configuró del mecanismo de reacción considerando: las propiedades exhibidas tanto por la fase activa como por el soporte del catalizador, la intervención explícita de especies agua y/o sus derivados y la presencia de intermedios estables de reacción observados durante la experimentación. Posteriormente, se construyó un modelo cinético tipo LH-HW haciendo la respectiva presunción de la(s) etapa(s) controlante(s), calculando las constantes de equilibrio necesarias y elaborando el correspondiente ajuste de parámetros cinéticos y de adsorción. El conjunto de ecuaciones algebraicas obtenido, se validó para un banco de condiciones experimentales adicionales a las usadas durante su elaboración. Finalmente, se evaluó el desempeño del sistema, haciendo una comparación tanto bajo condiciones termodinámicas como cinéticas, en la etapa de reformado, previa definición del tipo de reactor, junto con algunas de sus dimensiones, así como la síntesis de un diagrama de flujo para el proceso, encontrándose que la presencia de intermedios estables de reacción en la etapa de reformado afecta significativamente las decisiones de diseño del proceso completo.
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    Evaluación del método de osmosis inversa como complemento al sistema convencional de tratamiento de aguas para la generación de vapor y energía de una planta de extracción de aceite de palma
    (Universidad Industrial de Santander, 2012) Alarcón Gordo, Wilmar Hernán; España Moreno, Luisa Fernanda; López Giraldo, Luis Javier
    Hay una gran cantidad de procesos industriales para los cuales el agua es una parte fundamental de la fabricación, y es necesario controlar la calidad de la misma para garantizar la vida útil de los equipos que se emplean en la operación de dichos procesos industriales. En la industria el agua tiene varias aplicaciones e interviene en varios procesos tales como: generación de vapor, enfriamiento y procesamiento. Sin embargo, el agua utilizada en todos estos procesos debe de cumplir con ciertos requisitos que se definen de acuerdo con la etapa de proceso a emplear. Una tecnología adecuada para complementar el tratamiento convencional del agua para procesos industriales es la ósmosis inversa, tratamiento que reduce la concentración de sólidos totales disueltos, incluyendo una variedad de iones, metales y partículas pequeñas en suspensión. De la etapa de ósmosis inversa resulta agua con contenido de sales y minerales muy bajo, removiendo la mayoría de los sólidos (inorgánicos u orgánicos) disueltos en el agua (hasta el 99%), materiales suspendidos y microorganismos. Como resultados importantes se da la reducción en el parámetro de la sílice, que requerirá menores dosis de productos químicos para su ingreso a equipos como calderas y turbinas en una quinta parte a los utilizados en el tratamiento convencional, aumentar los tiempos de residencia del agua dentro de la caldera, disminución de la frecuencia de las purgas, y con las aguas residuales de la tecnología, se propone alternativa de recirculación para aprovechamiento del 30% del total del agua.
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    Desarrollo de un proceso para el aprovechamiento integral de microalgas para la obtención de biocombustibles
    (Universidad Industrial de Santander, 2012) Sánchez Tuirán, Eduardo Luis; Kafarov, Viatcheslav Victorovich
    Los biocombustibles tradicionales están siendo fuertemente criticados, principalmente en Europa y Norteamérica debido a que no hay realmente un balance neutro de CO2 y su producción se basa en la utilización de materia prima que normalmente sería destinada a la alimentación. Para lograr implementar el proceso de producción de biodiesel a escala industrial y que sea competitiva con el diesel de petróleo es necesario encontrar materias primas que posean mayores rendimientos de producción de aceite que los cultivos tradicionales de oleaginosas. En el panorama de las materias primas aparecen con fuerza las microalgas. Debido a la novedad de estos cultivos alternativos, no existen aún esquemas integrados de aprovechamiento para la obtención de biocombustibles. Es por eso que el desarrollo de estos procesos a través de la aplicación de los principios de la Ingeniería Química en diversas áreas permitirá obtener un diseño novedoso de aprovechamiento total de biomasa de microalga que permita la producción de biocombustibles de manera sostenible y eficiente. Teniendo en cuenta lo anterior, en esta investigación fue desarrollado un análisis para el diseño de un proceso integrado de aprovechamiento de microalgas en la producción conjunta de biocombustibles basado en principios de síntesis e integración de procesos. El Capítulo I describe de manera conceptual los principales aspectos del procesamiento y utilización de microalgas basado en esquemas de biorefinería. El Capítulo II está dedicado a la descripción del modelamiento y validación de las propiedades fisicoquímicas de los componentes y lisis realizados a los casos de estudios evaluados y su comparación. Posteriormente en el Capítulo IV se describen las propuestas de integración energética a los casos de estudio analizados. Finalmente, en el Capítulo V se describen las alternativas de producción propuestas con base en los análisis realizados.
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    Evolución del comportamiento viscoelástico lineal de fracciones pesadas del petróleo sometidas a envejecimiento acelerado
    (Universidad Industrial de Santander, 2012) Puello Méndez, Juliana; Álvarez Cifuentes, Mario; Afánasela, Natalia Nikolaevna
    Los materiales asfálticos son mezclas complejas de hidrocarburos, y su comportamiento macroscópico bajo diferentes condiciones de servicio muestra relación con la composición química, estructura y funcionalidad a nivel molecular. En este trabajo se analizó la evolución de parámetros reológicos, químicos y térmicos de los asfaltos Barrancabermeja, Apiay y Boscán, cada uno en su estado inicial y envejecido según los procedimientos RTFOT (envejecimiento en película fina rotatoria) y PAV (envejecimiento en un vaso a presión). Inicialmente se clasificaron los asfaltos según su grado de desempeño (PG). El análisis reológico permitió obtener las curvas maestras a partir de ensayos dinámicos oscilatorios (DSR). Posteriormente, se obtuvieron mediante regresión no lineal los parámetros reológicos de cada asfalto según los modelos propuestos por Christensen-Anderson y Stastna-Zanzotto-Kennepohl. Los parámetros químicos se obtuvieron con base en la composición genérica de los asfaltos iniciales y envejecidos, y los análisis de espectroscopía de infrarrojo (FTIR). A partir del análisis de calorimetría diferencial de barrido modulado (MDSC) se determinaron los parámetros de la región de transición vítrea de los asfaltos. También se evaluó la estabilidad de los ligantes mediante termogravimetría (TGA). Con base en los resultados se presenta una metodología para la estimación de parámetros reológicos y térmicos a partir de parámetros químicos, usando correlaciones estadísticas obtenidas por regresión múltiple. Se concluyó que el comportamiento reológico de los asfaltos industriales colombianos puede ser descrito mediante los modelos evaluados, y a su vez, es posible correlacionar los parámetros reológicos con los parámetros químicos para los asfaltos estudiados.
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    Herramienta de análisis de alternativas de producción incorporando el acv "cuna a cuna" a los métodos tradicionales comparación de biodiesel de palma e higuerilla
    (Universidad Industrial de Santander, 2012) Acevedo Pabón, Paola Andrea; Kafarov, Viatcheslav Victorovich
    En la presente tesis se desarrolló una herramienta de análisis que integra las metodologías análisis y síntesis de procesos (ASP) y evaluación económica de proyectos de inversión (EE), con análisis nta desarrollada es aplicable a todo tipo de proceso y permite toma de decisiones de mayor complejidad que las metodologías propuestas. Además es flexible y funciona en escenarios multivariados. Para mostrar la aplicabilidad de la herramienta, ésta se aplicó a la producción de biodiesel en escenarios colombianos y se dio respuesta a problemas específicos que sin la integración y la de combustibles) consiste en analizar todas y cada una de las etapas de la cadena productiva del bien o servicio sujeto a análisis; empezar y terminar en la misma etapa del ciclo de vida. Para cerrar la cadena productiva se incluyen como etapas adicionales los ciclos biogeoquímicos de la naturaleza, que son los encargados de reabsorber, al menos en parte, las emisiones causadas en las etapas productivas. de biocombustibles y unificar en parte los criterios de delimitación del sistema bajo estudio. Sin embargo, aún hace falta conocer mejor la dinámica de los ciclos biogeoquímicos para que los conceptos descritos en el presente trabajo puedan ser aplicados a cabalidad.
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    Propuesta para la recuperación de los suelos contaminados en la central Sicarare S.A.S. del municipio Agustín Codazzi, departamento del Cesar - Colombia mediante la aplicación de los lodos generados en la depuradora de aguas residuales de la fábrica de
    (Universidad Industrial de Santander, 2012) Reyes Antolínez, Yenny Fabiola; Idárraga Bernal, Luis Mariano; Zuleta Hernández, Oscar Andrés
    La dinámica económica creciente de Colombia en los últimos años ha propiciado el desarrollo de un gran número de actividades agropecuarias. Sin embargo, el proceso agronómico comprende una serie de afecciones al medio ambiente que deben corregirse. La restauración progresiva e integrada dentro de las etapas de explotación, permite optimizar los costos y acelerar la recuperación de las áreas degradadas. El aprovechamiento agrónomo comprende toda una serie de afecciones al medio ambiente, que se manifiestan en forma de distintos impactos ambientales desde el comienzo de la explotación. Los efectos más persistentes y visibles sobre el medio ambiente son la acumulación de materiales en el suelo por las malas prácticas de producción. La aceptación por parte de nuestra sociedad del desarrollo sostenible, de forma más o menos explícita, como el modelo de crecimiento que debe permitir compaginar la explotación de los recursos naturales con su preservación para generaciones futuras, ha permitido implantar leyes que promueven la mitigación y la corrección de los impactos ambientales generados por las actividades humanas. En el campo de la agricultura, se han realizado notables progresos para reducir estos impactos tanto en la fase de producción como en la de preservación. La preservación se hace necesaria, ya que los procesos naturales de regeneración son demasiado lentos. Paralelamente, se han ido incorporando en la concepción de los proyectos de conservación, conceptos de la llamada ecología de la conservación, como diversidad, sucesión o resiliencia, que poco a poco, van orientando los trabajos de preservación respecto a una integración más armónica en el entorno natural del área afectada. Más recientemente, el reconocimiento del paisaje como un valor natural y económico refuerza la importancia de plantear el desarrollo sostenible en cada campo de producción.
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    Mecanismo de daño por alta temperatura de un acero hp 40, expuesto al ambiente carburizante característico de un horno pirólisis de etano para producción de etileno
    (Universidad Industrial de Santander, 2012) Saavedra Rueda, Jaqueline; Laverde Cataño, Dionisio Antonio; Peña Ballesteros, Darío Yesid
    Los procesos de pirólisis, cracking térmico de hidrocarburos ocurren a alta temperatura, ocasionando que los hidrocarburos pesados de la carga se vuelvan inestables y se descompongan en hidrógeno, metano, olefinas (etileno), acetileno y aromáticos. Hay dos clases de reacciones de pirólisis: las reacciones principales, donde se forma el Etileno producto y las reacciones secundarias, que son indeseables en el proceso, que involucran la formación de moléculas grandes como ciclo diolefinas, aromáticos, acetileno, así como la descomposición del etileno ya producido y la formación de coque que afecta el proceso y disminuyen la eficiencia e integridad del horno. La información obtenida al analizar el material de estudio, antes y después de ser expuesto al ambiente simulado de carburización en la balanza termogravimétrica a temperaturas entre 850 a 1050 °C en un tiempo de 292 horas, permitió establecer los cambios producidos en la aleación de acero de HP40.Adicionalmente, el tubo tomado como caso de estudio, internamente contenía coque que se formó durante la pirólisis de etano. Las investigaciones científicas generalmente se centran en el coque producido en laboratorio y se tiene muy poca información sobre los coques producidos en hornos industriales, por falta de muestras de este tipo de coque industrial para analizar. Por este motivo se utilizó el coque extraído del tubo de acero HP40 del horno de estudio y se caracterizó con técnicas de análisis, y se estableció la relación con el fenómeno de difusión del carbono hacia el interior de la matriz metálica para formar carburos. Finalmente en esta investigación se correlacionó el fenómeno carburización y de coquización con las condiciones del proceso de pirólisis de etano para producción de etileno, que permitieron generar conocimiento para entender la afectación que se produce en el acero HP40, debido al mecanismo de daño por carburización.
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    Proceso integral para la digestión anaerobia del bagazo de fique
    (Universidad Industrial de Santander, 2012) Castro Molano, Liliana Del Pilar; Escalante Hernández, Humberto; Guzmán Luna, Carolina; Ortiz López, Claudia Cristina
    El bagazo de fique es vertido al suelo ocasionando un problema ambiental. La caracterización fisicoquímica de esta biomasa residual mostró que contenía 41,81% de celulosa, 22,17% hemicelulosa, 15,56% lignina, una relación carbono/nitrógeno (C/N) de 26, y otros compuestos orgánicos que lo hacen un sustrato atractivo para procesos de digestión anaerobia. Este bioproceso se limita debido a la presencia de lignina y saponina en la estructura del bagazo. La investigación se centró en la identificación de un consorcio microbiano con alta actividad hidrolítica y metanogénica; el estudio del efecto de la lignina y de la saponina en la producción de biogás; el desarrollo de la producción de metano con las mejores condiciones de operación y un modelo cinético que describa el proceso de metanización. Lo anterior contempla el análisis de corrientes de entrada (sustrato e inóculo) y de salida (biogás y lodo efluente). Como resultados, se identificó que la mezcla de líquido ruminal y lodo estiércol de cerdo degrada el bagazo de fique. Se demostró que las saponinas esteroidales a bajas concentraciones estimulan la actividad hidrolítica y metanogénica del inóculo seleccionado. La máxima producción de metano (0.30 m3 CH4/kg SV adicionado) se obtuvo cuando el proceso se llevó a cabo con una relación inóculo sustrato de 1.3 en rango mesófilo. Durante la operación en continuo se alcanzó una conversión a metano de 1.30 l biogás/l reactordía a temperatura ambiente (21°C). En cuanto a la alteración de la estructura lignocelulósica, el pre-tratamiento hidrotérmico mejoró la producción de metano en un 30% comparado con el bagazo sin tratar. Finalmente, la implementación del modelo ADM permitió describir paso a paso la etapa de desintegración del bagazo de fique.
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    Estudio electroquímico de la electroactivación de osteoblastos inmovilizados en compuestos poliméricos semiconductores de pla-plg-biocerámico
    (Universidad Industrial de Santander, 2011) Estupiñán Durán, Hugo Armando; Peña Ballesteros, Darío Yesid; Laverde Cataño, Dionisio Antonio
    Este trabajo presenta los resultados del estudio del fenómeno de la electroactivación del sistema de células de ácido poliláctico (PLA) y el ácido poliglicólico (PLG), con la adición de elementos bioactivos de quitosano (q), biocerámico (bc) y zinc. El objetivo principal fue explicar el aumento de la adhesión de las células como resultado del cambio en la hidrofilicidad de la matriz de regeneración celular y la variación en el intercambio iónico celular, inducido por la aplicación de un sobre potencial eléctrico y la adición de elementos bioactivos a los polímeros. De acuerdo con la respuesta electroquímica, bajas concentraciones de quitosano con PLA y polímeros de PLG, promovieron la funcionalización superficial, con un aumento de la adhesión celular. Las células tienen un espacio intracelular entre las paredes de la membrana bilipídica a través del cual los vasos vasculares permiten el intercambio de iones. Previas investigaciones han demostrado que las células responden a estímulos eléctricos de corta duración, provocando cambios físicos y químicos que aumentan la conductividad iónica, la capacidad de asociarse con otras células y la capacidad de formar enlaces dipolo-dipolo con superficies cargadas de polaridad opuesta. Se sabe que la polaridad de las membranas celulares es claramente negativa, con su mayor afinidad hacia los materiales de carga positiva. En forma consistente con la propiedad eléctrica de las células, el tejido óseo tiene propiedades piezoeléctricas, de manera que las células óseas responden eléctricamente a las perturbaciones mecánicas, o bien, con respuestas mecánica a partir de la estimulación eléctrica. Cuando una diferencia de potencial entre las células óseas y material de apoyo PLG PLA se genera, este sistema puede ser activado mediante la aplicación de un sobrepotencial de electrodo para inducir cambios a nivel vascular-dendrítico-celular, lo que aumenta la posibilidad de intercambio iónico.