Estudio de vigilancia tecnológica de los sistemas de cavitación hidrodinámica como alternativa para el tratamiento de aguas residuales

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dc.contributor.advisorDuarte Mantilla, María Mercedes
dc.contributor.advisorMorales Medina, Giovanni
dc.contributor.authorMaldonado Reyes, Angélica
dc.contributor.evaluatorDuarte Duarte, Diana Paola
dc.contributor.evaluatorAvellaneda Vargas, Fredy Augusto
dc.date.accessioned2025-08-26T18:04:09Z
dc.date.available2025-08-26T18:04:09Z
dc.date.created2025-08-13
dc.date.issued2025-08-13
dc.description.abstractEste estudio de vigilancia tecnológica analizó diferentes sistemas de cavitación hidrodinámica (HC) como alternativa para el tratamiento de aguas residuales, con el objetivo de evaluar su eficiencia, escalabilidad y madurez tecnológica (TRL, por sus siglas en inglés Technology Readiness Level)). Los objetivos específicos incluyeron: revisar la literatura científica y patentes mediante el protocolo PRISMA para identificar los dispositivos más relevantes (Venturi, placa de orificio, rotatorios y diodo vórtice); contrastar su viabilidad técnica según parámetros operativos (presión, caudal, eficiencia); y determinar su nivel de desarrollo tecnológico (TRL 1–9) para aplicaciones industriales. La metodología combinó análisis bibliométrico y cualitativo. Se examinaron 506 artículos científicos de Scopus, Web of Science, PubMed y Taylor & Francis, junto con 50 registros de patentes de bases como Lens, cubriendo jurisdicciones clave (EE. UU., China, WIPO y Europa). El cribado sistemático se realizó con la herramienta Rayyan, aplicando los criterios PRISMA para seleccionar estudios relevantes, seguido de un análisis comparativo centrado en eficiencia de degradación, el tipo de agua y escalabilidad. Los TRL se asignaron según aplicando los criterios propuestos para tal fin por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación de Colombia (Minciencias), permitiendo clasificar el grado de desarrollo de las distintas soluciones evaluadas. Los resultados revelaron que los dispositivos tipo diodo vórtice presentaron el mayor nivel de desarrollo (TRL ≥6) y logrando una reducción de hasta el un 85% de reducción de DQO en efluentes industriales, especialmente cuando se empleó aireación como técnica complementaria. En cuanto a los sistemas rotatorios (TRL 4) evidenciaron un desempeño sobresaliente en desinfección, logrando la eliminación completa (100%) de E. coli y E. faecalis en minutos. Los dispositivos Venturi (TRL 4–5) también mostraron altas eficiencias de degradación cuando se integraron con oxidantes, alcanzando rendimientos superiores al 90%. De igual forma, las placas de orificio (TRL 4–6) resultaron eficaces en aplicaciones de desinfección, con efectividades entre el 81% y el 92% en la inactivación de patógenos. No obstante, tanto los sistemas Venturi como las placas de orificio presentaron limitaciones en términos de escalabilidad, lo cual restringe su implementación a escenarios específicos o de menor escala. De esta manera, el estudio proporciona una visión integral del estado del arte en tecnologías de cavitación hidrodinámica aplicadas al tratamiento de aguas residuales, resaltando su eficiencia, nivel de madurez tecnológica y viabilidad de implementación. Los hallazgos permiten establecer criterios técnicos para seleccionar los dispositivos más adecuados según el tipo de efluente y los objetivos de tratamiento, contribuyendo así a orientar decisiones en I+D+i y estrategias de escalamiento industrial.
dc.description.abstractenglishThis technology surveillance study analyzed different hydrodynamic cavitation (HC) systems as an alternative for wastewater treatment, aiming to evaluate their efficiency, scalability, and technological maturity (Technology Readiness Level, TRL). The specific objectives included: reviewing scientific literature and patents using the PRISMA protocol to identify the most relevant devices (Venturi, orifice plate, rotary, and vortex diode); comparing their technical feasibility based on operational parameters (pressure, flow rate, efficiency); and determining their technological readiness level (TRL 1–9) for industrial applications. The methodology combined bibliometric and qualitative analysis. A total of 506 scientific articles from Scopus, Web of Science, PubMed, and Taylor & Francis were examined, along with 50 patent records from databases such as Lens, covering key jurisdictions (U.S., China, WIPO, and Europe). Systematic screening was performed using Rayyan, applying PRISMA criteria to select relevant studies, followed by a comparative analysis focused on degradation efficiency, water type, and scalability. TRLs were assigned based on the criteria proposed by the Colombian Ministry of Science, Technology, and Innovation (Minciencias), allowing the classification of the development stage of the evaluated solutions. The results revealed that vortex diode devices exhibited the highest development level (TRL ≥6), achieving up to an 85% reduction in COD (Chemical Oxygen Demand) in industrial effluents, particularly when aeration was used as a complementary technique. Meanwhile, rotary systems (TRL 4) demonstrated outstanding performance in disinfection, achieving complete elimination (100%) of E. coli and E. faecalis in minutes. Venturi devices (TRL 4–5) also showed high degradation efficiencies when integrated with oxidants, reaching removal rates above 90%. Similarly, orifice plates (TRL 4–6) proved effective in disinfection applications, with pathogen inactivation efficiencies between 81% and 92%. However, both Venturi systems and orifice plates presented scalability limitations, restricting their implementation to specific or small-scale scenarios. Thus, this study provides a comprehensive overview of the state of the art in hydrodynamic cavitation technologies for wastewater treatment, highlighting their efficiency, technological maturity, and implementation feasibility. The findings establish technical criteria for selecting the most suitable devices based on effluent type and treatment goals, thereby guiding R&D&I decisions and industrial scaling strategies.
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameIngeniero Químico
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/46015
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programIngeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectcavitación hidrodinámica
dc.subjecttratamiento de aguas residuales
dc.subjectdegradación de contaminantes
dc.subjectdesinfección
dc.subject.keywordhydrodynamic cavitation
dc.subject.keywordwastewater treatment
dc.subject.keywordpollutant degradation
dc.subject.keyworddisinfection
dc.titleEstudio de vigilancia tecnológica de los sistemas de cavitación hidrodinámica como alternativa para el tratamiento de aguas residuales
dc.title.englishTechnology surveillance study of hydrodynamic cavitation systems as an alternative for wastewater treatment
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
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