Ingeniería Química

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Evaluación de procesos de oxidación fotocatalítica en acuacultura marina (enfoque ingenieril)

Machuca-Martinez, Fiderman | 2012

Actividades como la acuacultura, la conservación ex-situ de especies y la acuariofilia en medios confinados marinos alejados del mar no se pueden realizar fácilmente debido a la acumulación de material nitrogenado (materia orgánica, amonio, nitritos, etc.). Esto lleva a que se realice un costoso y continuo proceso de recambio de agua. Después del oxígeno, la variable que le sigue en importancia es el contenido de compuestos nitrogenados inorgánicos. De estos compuestos el más tóxico es el amonio (NH3/NH4 +), la oxidación y eliminación de este compuesto, se realiza generalmente con filtros biológicos, pero estos presentan problemas en etapas de inicio, paradas y cuando están muy maduros estos filtros. Una alternativa para la eliminación de la materia orgánica y los compuestos nitrogenados son los procesos avanzados de oxidación (PAOx). Dentro de los PAOx se encuentra la fotocatálisis heterogénea, que puede degradar rápidamente compuestos contaminantes con la ayuda de una fuente de fotones y un semiconductor como catalizador. En el presente estudio se evaluó la remoción de NH4 +/NH3 en agua marina a diferentes pH (8, 9, 10 y 10.6), con cuatro concentraciones de dióxido de titanio (TiO2) como catalizador (0.05, 0.6, 1.3 y 2 g TiO2/l), estas dos variables tuvieron un efecto significativo y se encontró una relación directa entre la concentración de catalizador y la remoción de NH4+/NH3. Además de la eliminación del NH4 + /NH3, también se logró evaluar las condiciones óptimas para la eliminación de la materia orgánica y el nitrato. Posteriormente, en el ensayo de cultivo superintensivo con Litopenaeus vannamei se sembraron 264 ind/m2 en acuarios de 0.087 m2 y se evaluaron tres sistemas que eliminaban los compuestos nitrogenados de manera diferente: con filtración biológica, con tratamiento fotocatalítico del 25% del agua y otro con recambio condicionado si aumentaba el NH4 + /NH3). Comparando estos tratamientos se encontró que hay diferencias significativas entre ellos, y que la más alta supervivencia y biomasa se obtuvo en los cultivos donde se trataba semanalmente con fotocatálisis, además se determinó que bajo condiciones de aumentos de NH4 + /NH3, es posible reducir 31.72 % el ingreso de “agua nueva” en el sistema con fotocatálisis si se compara con el de recambio. Adicionalmente se detectó la presencia de bacterias patógenas en el cultivo y se evaluó el efecto de la fotocatálisis en ellas. En total se logró un multiefecto del proceso fotocatalítico, ya que podría remplazar tres etapas separadas (disminución de :NH4 + /NH3, materia orgánica y carga bacteriana) en el proceso de tratamiento de agua marina para la acuacultura, esto indica que la fotocatálisis es un proceso prometedor y aplicable a los cultivos acuícolas marino.

Mejoramiento de las condiciones de operación de un fotoelectroreactor para producir hidrógeno por fotoelectrólisis de agua

Camargo Amado, Rubén Jesús | 2012

Se realizaron pruebas experimentales de electrólisis de agua utilizando un fotoelectroreactor a escala laboratorio con el fin de obtener hidrógeno. El desempeño del proceso de fotoelectrólisis de agua se vio afectado por la fuente de luz utilizada para realizar los ensayos, y el sustrato sobre el cual se generó la reacción. Como fotoánodo se utilizó una película delgada de dióxido de titanio sintetizada por el método Dip Coating, utilizando como aglutinante Nafion, preparando sustratos a diferentes concentraciones (2%, 3%, 4% y 6%) de TiO2; depositado sobre una malla de acero inoxidable AISI SAE 304. Como fuente de fotones se utilizaron lámparas de UV y Xe. Para determinar el mejor sustrato y la mejor fuente de radiación, se realizaron mediciones de diferencia de potencial sin fuente externa de electrones. De estas mediciones se escogió el sustrato al 4% de TiO2 expuesto a la fuente de radiación ultravioleta debido a que mostró una diferencia de potencial de 190 mV, siendo esta la más alta. Sin embargo, este potencial no logra sobrepasar el mínimo requerido para realizar la electrólisis del agua. Se realizaron mediciones cronoamperométricas al fotoánodo seleccionado, aplicando un potencial fijo en presencia y ausencia de radiación UV. Los resultados mostraron sensibilidad del fotoánodo a la radiación. Posteriormente se realizó una estimación teórica de la cantidad de hidrógeno que se podría generar con la intensidad de corriente obtenida, suponiendo que tuviese el potencial requerido para realizar la electrólisis del agua. Se evidenció una inviabilidad operativa del equipo ya que requerirían de mínimo 20 días para la obtención de 1g de hidrógeno al ser operado como una monocelda.

Obtención de mesofase de carbono a partir de brea de petróleo

Barraza Burgos, Juan Manuel | 2011

El presente trabajo utilizó dos diferentes breas de petróleo colombiano, con el fin de determinar su capacidad como precursor de materiales carbonosos, tales como las fibras de carbono. Un buen precursor se caracteriza por tener alta concentración de mesofase o brea no isotrópica, la cual aporta características y propiedades favorables a las fibras. Para la obtención de la mesofase se utilizó un reactor de vidrio, donde se realizó un tratamiento térmico oxidante a las breas, en atmosfera de aire, a la temperatura de 350 °C, y tres diferentes tiempos de reacción de oxidación de 2, 3 y 5 horas. Luego se realizó un montaje para la extracción de la brea oxidada con tolueno como solvente, donde la relación de operación fue 20 mL tolueno / g de brea oxidada. El material deseado, la fracción insoluble en tolueno, se filtró y secó. El material insoluble en tolueno se polimerizó en atmosfera de nitrógeno a 400 °C. Posteriormente para la identificación de la mesofase se fabricaron probetas con el material obtenido de la polimerización. Se utilizó un microscopio con filtro de luz polarizada y se realizó un conteo de 500 puntos para la cuantificación de la mesofase. Los resultados mostraron que el asfalto presentó alta concentración de mesofase producida usando altos tiempos de oxidación (mayores a 3 horas), por el contrario, el precipitado produjo altas concentraciones de mesofase a bajos tiempos de oxidación (aproximadamente 2 horas).

Diseño del sistema de alimentación para un módulo de miniceldas de combustible de etanol

Lizcano-Valbuena, William | 2011

Los módulos de celdas de combustible de membrana electrolítica que operan con alcohol son sistemas de producción de electricidad para dispositivos portátiles por su eficiencia, menor grado de impacto sobre el medio ambiente y operación continua mientras se le suministre combustible. Esta reciente tecnología de creciente investigación requiere mejorar algunos aspectos para su comercialización, referentes tanto al funcionamiento interno de cada celda como al sistema de alimentación de módulos de celdas. En el presente trabajo se diseñó el sistema de alimentación de un módulo pasivo de miniceldas de combustible que trabaja con etanol y cuyo funcionamiento no depende de la orientación del mismo. Para analizar la respuesta del diseño se planteó un modelo matemático en dos dimensiones y en estado estacionario, que considera el transporte de masa y de carga en el sistema con una alimentación constante de combustible. El modelo planteado considera únicamente el balance de masa para etanol y oxígeno, lo cual ignora la posible inundación del cátodo con agua y el taponamiento de la entrada de combustible por la acumulación del CO2 que se genera en el ánodo. Sin embargo, haber prescindido del balance de algunas especies asegura la convergencia de la simulación, garantiza tiempos de procesamiento cortos y no altera significativamente los resultados en el programa Comsol Multiphysics® , se simuló el modelo matemático que describe el desempeño de un módulo de tres miniceldas. Se realizaron experimentos computacionales con el fin de encontrar condiciones aptas de operación, variando la concentración de combustible y temperatura de operación. Aunque el propósito de emplear el módulo en dispositivos portátiles hace necesaria la operación a temperatura ambiente, la densidad de potencia máxima (29 mW/cm2) se obtuvo a una temperatura de 75 oC, con una concentración de combustible de 4 M, una densidad de corriente de 140.6 mA/cm2 y un voltaje de celda de 0.21 V. También se obtuvo la curva de polarización a una temperatura de 75 oC y concentración de etanol de 1 M con el fin de validar el modelo. Este trabajo presenta la primera simulación de un módulo de celdas de combustible a nivel nacional y constituye una herramienta fundamental para el Laboratorio de Electroquímica Aplicada y Superficies (LEAS), pues permitirá predecir los factores con mayor influencia en el desempeño de una celda y del módulo, orientando y facilitando el diseño experimental. Además, la simulación del módulo permite predecir posibles influencias de la operación de una celda sobre las otras, pues comparten la membrana.

Síntesis, caracterización y evaluación de catalizadores Pt-Ru.Sn/FMWCNTs en la oxidación de etanol en semiceldas electroquímicas

Camargo Amado, Rubén Jesús | 2014

En este trabajo, se realizó la síntesis, caracterización y evaluación electroquímica de catalizadores de Pt-Ru, Pt-Sn y Pt-Ru-Sn soportados en nanotubos de carbono funcionalizados, empleando como reductor borohidruro de sodio. La caracterización física de los catalizadores se realizó mediante la técnica de energía dispersiva de rayos X (EDX) mostrando que los materiales sintetizados tienen un porcentaje metálico del 40% en peso, así mismo las relaciones atómicas de estos fueron las esperadas. Se evidenció también que al funcionalizar el soporte catalítico, se mejoró la dispersión del catalizador en el medio, aumentando el área activa de estos. La evaluación electroquímica se hizo por voltametría cíclica, oxidación de la monocapa de COads, electroxidación del etanol y la cronoamperometría. Los experimentos mostraron que el mejor catalizador para la electroxidación del etanol fue el trimetálico con relación atómica de 50:30:20, ya que presenta una mayor área activa, mayor densidad de corriente en la electroxidación del etanol y una mayor densidad de corriente en la cronoamperometría

Desempeño del proceso electroflox en aguas residuales de tintas

Machuca-Martinez, Fiderman | 2011

Se evaluó el desempeño del tratamiento electroquímico ex situ1 de un efluente contaminado con tintas flexográficas desde el punto de vista técnico-económico manipulando las variables de densidad de corriente (j=9.3 A/m2 y j=18.5 A/m2 ) y pH inicial (pH0=1.0 y pH0=3.0) en la etapa de disolución anódica frente al consumo eléctrico, para la etapa de floculación se valoró la incidencia del pH de floculación (pH=7.0, pH=9.0 y pH=11.0) y la cantidad de carga eléctrica específica suministrada (c), expresada en culombios por litro (100 c/ℓ, 200 c/ℓ, y 300 c/ℓ) en la reducción de color y la disminución del COT. Mediante el tratamiento propuesto se logró reducir el color real del efluente en un 100% y el COT en un 97%. Con una cantidad de carga eléctrica específica 10 veces menor a estudios anteriores empleando procesos in situ de electrocoagulación. El costo de los agentes coagulantes para tratamiento planteado se redujo en un 62% frente al costo de agentes coagulantes tradicionales en igual cantidad estequiométrica, sin embargo al incluir el costo de agentes controladores de pH, el valor total del tratamiento por Electroflox ($1 011/m3 ) fue similar a los procesos químicos tradicionales

Deslignificación por explosión con vapor de los residuos de cosecha de la caña de azúcar para la obtención de etanol

López Galán, Jorge Enrique | 2013

Con el presente trabajo de investigación se buscó pretratar los residuos de cosecha (hojas y cogollos) de la caña de azúcar, utilizando el proceso de explosión con vapor, pensando en tener una materia prima adecuada para la producción de etanol. Con este fin se utilizó un reactor de alta presión para encontrar las variables influyentes en este proceso y definir las condiciones más adecuadas. Las variables que se analizaron fueron: Tiempo, tamaño de partícula, temperatura, relación sólido- líquido y concentración de ácido sulfúrico, expresada como pH. Debido a que el pretratamiento del material se hace para facilitar la hidrólisis de los azúcares presentes, se consideró como variables de respuesta la pérdida en peso del material, la remoción de lignina y la concentración de azúcares reductores. El tiempo y el tamaño de partícula se definieron al principio del estudio utilizando condiciones medias encontradas en la literatura. El tamaño de partícula encontrado fue pasante malla 9, que corresponde a un tamaño de partícula promedio de 1,82 mm y el tiempo de deslignificación encontrado para las primeras pruebas fue de 6 min. Los intervalos de trabajo para las demás variables fueron: Temperatura 165 a 195 °C, relación sólido -líquido 40 a 67 g fibra/ L de agua y pH de solución catalizadora 1,5 a 2,5. Por medio de un análisis estadístico factorial 23 se encontró que todas las variables analizadas son influyentes en el proceso de deslignificación por explosión con vapor. Una vez se tuvieron las variables influyentes y los intervalos que favorecieron la concentración de azúcares reductores, la remoción de lignina y la pérdida de peso, se realizaron nuevas pruebas en estos intervalos para afinar las condiciones de proceso. Finalmente, para obtener el material adecuado para la obtención de etanol, se debe realizar la deslignificación por explosión con vapor de las hojas y cogollos de la caña de azúcar a las siguientes condiciones: Temperatura 193 °C, pH 1,3 (0,17 % p/p de H2SO4) y relación sólidolíquido 40 g/L. Adicionalmente, se hidrolizó y fermentó la fibra pretratada bajo las condiciones halladas como adecuadas para evaluar la cantidad de etanol obtenida. Las condiciones de hidrólisis y fermentación fueron las sugeridas en el protocolo experimental para Sacarificación enzimática NREL/TP-510-42629 y en el protocolo experimental para Hidrólisis y fermentación de biomasa lignocelulósica NREL/TP-510-42630, respectivamente. La cantidad de etanol obtenida con 100 g de fibra fue de 12 g. Por lo tanto, se concluye que es viable deslignificar hojas y cogollos de caña de azúcar por medio de explosión con vapor, pues después de realizar este pretratamiento se obtiene un rendimiento de sacarificación del 43,36%, la fibra se relaja y facilita la obtención de etanol alcanzando un rendimiento del 78,57%

Evaluación de la fluorita como reductora de emisiones de SO2 en los hornos de clinkerización de cementos Argos planta Yumbo

Trujillo Gómez, César David | 2012

De acuerdo con la resolución 909 del 5 de junio del 2008, los hornos de clinkerización que operan con proceso húmedo deben emitir por sus chimeneas gases con una concentración de dióxido de azufre menor a 550 mg/m3 a condiciones de referencia y 11 % de oxígeno de referencia. En el momento de iniciar el presente trabajo, los hornos de clinkerización de la empresa Cementos Argos Planta Yumbo emitían por sus chimeneas gases con una concentración promedio de 3300 mg/m3 medida a condiciones de referencia y corregida usando 11% como oxígeno de referencia. Considerando lo anterior, el presente trabajo se realizó con el fin de evaluar el efecto que se genera sobre las emisiones de dióxido de azufre cuando se alimenta crudo mineralizado con fluorita a los hornos de clinkerización de la empresa Cementos Argos Planta Yumbo. Para realizar una evaluación detallada al menor costo posible, el estudio realizado se dividió en dos partes. La primera consistió en un estudio de la mineralización a nivel de laboratorio, en el cual se evaluaron los cambios en la velocidad del proceso de clinkerización y en la calidad del clinker al adicionar 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0 % de fluorita (CaF2) al crudo utilizado en la planta Yumbo, para lo cual se utilizaron técnicas de análisis térmico, microscopía electrónica de barrido, difractometría de rayos X y medición de resistencia a la compresión. La segunda parte consistió en producir clinker a nivel industrial utilizando, como materia prima, crudo con la concentración de fluorita que presentó los mejores resultados durante el estudio de laboratorio; para evaluar los resultados de esta prueba se utilizaron mediciones isocinéticas de los gases de chimenea siguiendo los lineamientos establecidos por los métodos EPA, monitoreo en línea de las variables de operación del horno y análisis de los parámetros de calidad del clinker recomendados en las normas NTC 1212 y NTC 3213 . Al finalizar este trabajo se encontró que la mineralización, alimentando en promedio crudo con 0.19% de fluorita, presenta una reducción del 19% en las emisiones de SO2. Pese a lo anterior se concluyó que la mineralización alimentando un crudo con 0.2% de fluorita es económicamente inviable puesto que el ahorro en combustible es inferior al gasto generado por la compra y la alimentación de la fluorita

Electrodisolución de hierro en soluciones de ácido nítrico

Marriaga Cabrales, Nilson de Jesús | 2012

Las cuencas hidrográficas se han deteriorado por el vertimiento de aguas residuales sin tratar, el presente trabajo evaluó la electrodisolución de placas de acero al carbono en soluciones de acido nítrico, como alternativa para el tratamiento de aguas residuales; mediante la aplicación de técnicas electroquímicas de polarización potenciostática, espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) y cronoamperometría. Estas permitieron determinar el efecto de tres temperaturas: 25, 40 y 60 °C, que tuvieron una variación de 5 °C; el potencial de corrosión, un sobrepotencial y tres concentraciones de acido nítrico: 0,01, 0,03 y 0,05 N. Las pruebas electroquímicas se realizaron en una celda de tres electrodos, con un electrodo de acero al carbono de área igual a 0,785 cm2 como electrodo de trabajo, un contra-electrodo de acero al carbono y un electrodo de Ag/AgCl como electrodo de referencia. Las curvas de polarización potenciostática mostraron la zona de disolución activa y de pasivación del ánodo para las concentraciones establecidas de ácido nítrico, mientras los espectros de impedancia realizados a Ecorr y -210 mV vs. Ag/AgCl, permitieron determinar que el proceso se favorece a concentraciones y temperaturas mayores a 0,03 N y 40 °C respectivamente. La cronoamperometría permitió encontrar la densidad de corriente con la cual, se estudió la sostenibilidad en una celda de dos electrodos. La concentración de hierro total electrodisuelto a estas condiciones, fue determinada mediante el método colorimétrico con orto-fenantrolina; encontrándose concentraciones de 22 ppm de hierro total sin evidenciar la pasivación del ánodo

Electrodisolución de hierro en medio ácido

Manrique, Jorge Eliecer | 2013

Se realizaron estudios a escala de laboratorio para la disolución anódica de placas de acero al carbón para la producción de iones de hierro en solución. Los electrodos se lijaron y pulieron para garantizar la uniformidad de su superficie. Se analizó la influencia de los cambios periódicos de polaridad de los electrodos, la concentración de ácido y la densidad de corriente en la dilución de hierro. El análisis del comportamiento cinético de la reacción anódica de disolución de hierro en ácido sulfúrico se estudió mediante la construcción del Diagrama Evan-Tafel, donde se encontró que la reacción de disolución comienza a ser interferida cuando se aplica una densidad de corriente mayor a 1.0 mA/cm2 . Para analizar si realizar cambios de polaridad mejora los resultados de disolución se realizaron estudios en una celda de dos placas, donde los cambios de polaridad de los electrodos aumentaron la disolución del hierro y disminuyeron el consumo de energía, siendo más efectivo realizarlos cada 15 minutos. Para analizar la influencia de la concentración de ácido y la densidad de corriente se realizaron pruebas en una celda múltiple de 5 electrodos, se encontró que a menor densidad de corriente y a mayor concentración de ácido se estimula la disolución del hierro

Combustión de metano en un lecho fluidizado discontinuo con minerales basados en óxidos de hierro y manganeso como transportadores sólidos de oxígeno

Forero Amortegui, Carmen Rosa | 2017

La combustión con transportadores sólidos de oxígeno CLC es una tecnología que utiliza óxidos metálicos capaces de aportar oxígeno en la combustión, produciendo una corriente concentrada de CO2 y H2O fácil de separar para su captura. Esta tecnología consta de un reactor de oxidación (RO) y otro de reducción (RR). Se realizó el estudio de minerales a base de Fe y Mn en un reactor de lecho fluidizado con el fin de identificar si son viables como TSO en la tecnología CLC, exponiéndolos a 30 ciclos de reducción-oxidación utilizando CH4 (20 %vol diluido en N2) como gas reductor y aire como gas oxidante a 750, 850 y 950ºC. Se estudió el comportamiento de los minerales con respecto a los productos gaseosos de las reacciones, eficacia de combustión, deposición de carbono, conversión del mineral durante la reducción, velocidad de atrición, aglomeración y su caracterización antes y después de los experimentos multiciclo. En los experimentos multiciclo el CH4 no reaccionó por completo a las tres temperaturas de operación, obteniendo la eficacia de combustión más alta de 81% a 950°C y 72% a 850°C para FEMA011 y OXMN010 respectivamente. La conversión de reducción más alta fue 16% a 950°C para FEMA011 y 28% a 850°C para OXMN010. La velocidad de atrición con respecto al tiempo presentó un comportamiento similar a las tres temperaturas, 0,09, 0,05 y 0,08 %p/h a 750, 850 y 950°C para FEMA011; así como 0,02, 2E-3 y 7E-3 %p/h a 750, 850 y 950 °C para OXMN010. Las muestras usadas de los minerales no presentaron una variación de tamaño o forma importante con respecto a las frescas, pero se evidencia que sufrieron desgaste, característica que fue más evidente conforme se incrementó la temperatura. La deposición de carbono fue baja para la FEMA011 a las tres temperaturas y el OXMN010 a 950°C lo afectó su reactividad y se presentó una leve aglomeración para el OXMN010 a 950°C. Se concluye que sólo el mineral OXMN010 es un TSO viable para la tecnología CLC y se recomienda realizar un tratamiento previo de impregnación a la FEMA011 para mejorar su comportamiento en LFd

Carbón activado para la adsorción de oro de soluciones cianuradas a partir de carbones minerales

Barraza Burgos, Juan Manuel | 2017

Se prepararon carbones activados por método físico a partir de carbones minerales de tres regiones colombianas, Costa Atlántica, Boyacá y Cundinamarca. El proceso se dividió en cuatro etapas; preparación y caracterización inicial de los carbones minerales, activación (carbonización y activación), caracterización de los carbones activados obtenidos y pruebas de adsorción. Para el proceso de activación se utilizó un sistema de seis reactores de lecho fijo con distribución de gases. La carbonización se definió como una etapa constate para todas las pruebas a una temperatura de 850°C y un tiempo de residencia de 2 horas y un flujo constante de nitrógeno de 650 mL/min a una presión de salida de 40 psi. La activación se realizó a 2 niveles de temperatura: 700 y 850°C y dos niveles de tiempo de residencia: 1.5 y 2.5 horas, con una entrada de un flujo constante de vapor de agua de 27. 46 L/min La adsorción de oro se realizó con agitación constante a 250 rpm durante 8 horas en una solución artificial de Au(CN)2 en medio básico de NaOH a un pH de 11.9. La caracterización de los carbones activados se realizó en el equipo ASAP 2020 por adsorción de N2 y mediante la aplicación de la teoría BET. El carbón de Cundinamarca presentó las mejores características físicas de carbono fijo (52,33%), cenizas (4,08%) y materia volátil (39,64%) con respecto a los carbones de Costa atlántica y Cerrejón. El mejor número de yodo obtenido (919 mg I2/g) se produjo a partir de carbón de Cundinamarca a una temperatura de activación de 850°C y un tiempo de residencia de 2.5 horas. Sin embargo el carbón activado que presentó la mayor capacidad de carga de oro (9.74 mg Au/ g CS) se produjo a partir de carbón de Cundinamarca a una temperatura de 850°C y un tiempo de residencia de 1.5 horas.

Determinación de la disposición final de residuos de transportadores solidos de oxigeno generados en el proceso de Chemical Looping Combustión cuando se utiliza H2 como combustible

Forero Amortegui, Carmen Rosa | 2018

Los transportadores sólidos de oxígeno (TSO) deben cumplir ciertas características para ser utilizados en la tecnología Chemical Looping Combustion (CLC). Una de estas características es ser amigables con el medio ambiente, sin embargo, los TSO al encontrarse generalmente en forma de óxidos metálicos pueden contener trazas de algunos metales pesados o agentes tóxicos, y podrían generar residuos peligrosos luego de su uso. El presente trabajo aborda el estudio de la disposición final de los residuos de tres potenciales TSO a base de Cr, Fe y Mn, obtenidos de una operación de 30 ciclos de oxidación y reducción en un reactor de lecho fluidizado discontinuo a escala piloto, con una temperatura de 950°C y 1 atm de presión, utilizando H2 como gas combustible. Se realizó una caracterización de los residuos y los TSO originales en cuanto a distribución de tamaño de partícula, resistencia a la rotura, área superficial (BET), microscopia electrónica de barrido (SEM/EDS), análisis de fluorescencia y difracción de rayos x (FRX/DRX). Posteriormente desarrollo la prueba TCLP bajo el protocolo de la resolución No. 0062 del 2007 del IDEAM, para determinar su clasificación como residuos según la normativa colombiana (Decreto 4741 del 2005) y la normativa europea (Decisión del consejo 2003/33/EC de la Unión Europea). Finalmente se calculó la velocidad de atrición, vida media y un inventario de sólidos con el fin de estimar una tasa de generación de residuos y evaluar de manera teórica algunas opciones de recuperación o reutilización como parte de la gestión ambiental de los mismos. Se encontró en la caracterización de los residuos de TSO, un aumento de resistencia mecánica, reducción de tamaño de partícula, y cambios en la morfología con respecto a sus muestras originales. En su composición química elemental, se evidencia la presencia principalmente de Cr (28%) y Fe (66%). Se encontraron además, fases cristalinas principalmente de cromita (FeCr2O4), magnetita (Fe3O4) y hematita (Fe2O3) como consecuencia de las reacciones de oxidación-reducción. Con respecto a su clasificación, según la normativa colombiana ninguno de los residuos de TSO resulta ser peligroso, de igual manera para la normativa europea pueden ser clasificados como no peligrosos. En cuanto a su posible recuperación o reutilización, se considera inviable una recuperación de metales desde el lixiviado dado que la concentración de los metales en los lixiviados fue mínima. Sin embargo, debido a que los residuos tienen una composición considerable Fe y Cr, pueden ser reutilizados en otros procesos.

Obtención de carbón activado a partir de cascarilla de arroz y cuesco de coco, para la adsorción de oro de soluciones cianuradas

López Galán, Jorge Enrique | 2018

En este estudio se utilizaron dos residuos agroindustriales: cuesco de coco y cascarilla de arroz para la elaboración de carbón activado (CA). Cada materia prima se adecuó hasta un tamaño de partícula entre 0.6 y 2 mm. En la experimentación de la activación química, se aplicó un diseño rotacional compuesto, realizando la impregnación con hidróxido de potasio en concentraciones de 0.17 a 5.82% p/p durante 20 horas, seguido de un tratamiento térmico de 2 horas a temperaturas entre 358 y 641 °C en atmósfera autogenerada. Luego de ese tratamiento, las muestras resultantes se lavaron con ácido clorhídrico al 1%, para eliminar las impurezas. Para los dos carbones se obtuvieron rendimientos promedio del 25%. Los CA obtenidos se evaluaron y compararon en términos de sus capacidades para remover oro de soluciones aurocianuradas sintéticas. Las pruebas de adsorción, se realizaron durante una hora con agitación constante en una solución cianurada al 0.1% con unas concentraciones iniciales de 25-40 ppm de oro, se monitoreó el pH para que no bajara de 10. El cuesco de coco presentó la mayor capacidad de adsorción de oro, alcanzando un 46%, tratando el CA con condiciones a una temperatura de 641 °C y usando KOH al 0.17%. La cascarilla de arroz que obtuvó el 30% en capacidad de adsorción se trató a 580 °C y a una concentración de KOH al 1.37%. Finalmente se realizó un análisis económico donde se tuvieron en cuenta los equipos, personal, gastos de ventas, inversiones y flujos de caja. Para producir 252 toneladas anuales de CA a partir de cuesco de coco se realizó un análisis económico global determinando una inversión inicial de $924 325 626, donde se tendría un margen neto de 26.3% con un Valor Actual Neto (VAN) de $2 546 791 915 y una tasa interna de retorno (TIR) de 53%, calculados a un horizonte de 10 años, lo que significa que el proceso es rentable.

Obtención de un biocatalizador para la hidrólisis de residuos deslignificados de la caña de azúcar

López Galán, Jorge Enrique | 2018

La alta producción de residuos anuales de la caña de azúcar (principalmente hojas y cogollos) que varía entre 6 a 12 millones de toneladas, es una fuente importante de biomasa lignocelulosica con contenidos promedio en base seca de celulosa 42% p/p, hemicelulosa 21% y lignina 20%. Esta caracterización permite identificar que estos residuos son ideales para la obtención de biocombustibles a partir de azucares reductores, en un proceso hidrolítico catalizado por enzimas. La hidrolisis enzimática presenta grandes beneficios como no toxicidad, alta selectividad o la disminución de inhibidores, que son causantes de que según un estudio de la BCC Research se estime que entre los años 2015-2020, la tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) para las enzimas aplicadas a biocombustibles será del 10.4%. Este mercado nuevo de enzimas que desplaza a las anteriores, cada vez más efectivas y con menor costo de producción, plantea la necesidad de nuevos estudios. El objetivo de este trabajo fue la definición de un cóctel enzimático para facilitar la hidrólisis de residuos pretratados de caña de azúcar (hojas y cogollos), evaluando la sinergia existente entre las actividades celulasa y hemicelulasa principalmente. Bajo las condiciones de operación estudiadas, se encontró que el porcentaje de sacarificación incrementa conforme aumenta la carga enzimática (mL de enzima/g de sustrato), y es indiferente a la relación volumétrica de las enzimas seleccionadas (Cellic CTec2 y Cellic HTec2). Se seleccionó como el mejor cóctel enzimático, aquel con un perfil de actividades enzimáticas de 86.05 FPU/mL para celulasa total, 2956.98 U/mL para xilanasa, 4.43 UI/mL para exoglucanasas y 1850 CMC/mL para endoglucanasas. Con este cóctel se lograron porcentajes de sacarificación de hasta aproximadamente un 76% en 12 horas y de hasta 90% en 48 horas para una carga enzimática cercana a 0.46 mL/g. Una reproducibilidad del doble y cuatro veces el volumen trabajado, visualizó que los resultados son extrapolables a nivel de laboratorio, además de la determinación de las constantes cinéticas Vmax (2.036 g/h) y Km (3.955 g/mL) del modelo de Michaelis Mentel que reflejaron que el complejo E/S está fuertemente unido. Referente al análisis económico, se observó que el escenario de altas relaciones C/S de 0.4, tiempos entre 36 y 48h, y precios de enzimas de 0.5 USD/ gal de etanol favorece la rentabilidad del proceso.

Síntesis de nano-cebollas mediante tratamiento térmico a partir de un carbón de Cundinamarca

Barraza Burgos, Juan Manuel | 2018

Colombia es un país con alta extracción de carbón mineral que suple la demanda nacional y exporta importantes cantidades de este material a diferentes partes del mundo. Sin embargo, a nivel nacional no se han realizado avances importantes en el manejo del carbón, limitando la exportación carbonífera a un producto con bajo valor agregado para la industria. Este trabajo examina la posibilidad de otorgarle valor agregado a carbones minerales obtenidos de minas de cuatro regiones Colombianas: Cundinamarca, Antioquia, Valle del Cauca y Boyacá. Los carbones se beneficiaron con el fin de reducir el contenido de cenizas y posteriormente se sometieron a un tratamiento térmico en atmósfera de nitrógeno a las temperaturas 1200, 1400 y 1600 °C. El objetivo del calentamiento fue carbonizar los carbones para producir nanocebollas, que es un alótropo del carbón de estructura grafénica multicapa. Posteriormente los carbonizados se caracterizaron a través de análisis de densidad aparente, espectroscopia FTIR, Raman, voltamperometría ciclica y análisis termogravimétrico con el fin de determinar si ocurrió la formación de nanocebollas. Los resultados mostraron que los carbones Antioquia, Valle y Boyacá no fueron aptos para obtener carbonizados. Sin embargo, dadas las características del carbón Cundinamarca, este se utilizó en el estudio. La caracterización de los carbonizados del carbón Cundinamarca, mediante diferentes métodos de análisis comprobó que se realizó un importante proceso de carbonización, en el que se obtuvo carbonizado con propiedades similares a las de una nanocebolla de carbono.

Técnicas, métodos y herramientas para la planeación y programación de procesos discontinuos en la industria química

Marriaga Cabrales, Nilson de Jesús | 2019

En la presente revisión crítica se propone una clasificación de las técnicas utilizadas para programar la operación de los procesos discontinuos empleados en la industria química y se analizan los modelos y los métodos usualmente utilizados. De acuerdo con el tipo de producción se abordaron: plantas con múltiples equipos operando en paralelo pero con una única etapa de procesamiento, plantas con múltiples etapas de procesamiento (plantas multiproducto) y plantas multipropósito. Igualmente, se analizan los aportes de los principales autores que han realizado modelos de integración de los servicios industriales (calor, vapor, electricidad, etc.) en los procesos discontinuos con el fin de maximizar el rendimiento y reducir los costos. Finalmente, se analizan las ventajas de emplear el software especializado GAMS para resolver los modelos que típicamente se encuentran en la programación de operaciones en las plantas químicas industriales.

Electro-oxidación anódica con electrodos de BDD del insecticida IMIDACLOPRID a escala piloto

Lara Ramos, Jose Antonio | 2019

Se evaluó la degradación del imidacloprid (IMD) a escala piloto, mediante el proceso de electro-oxidación anódica (EO), con base a los resultados del consumo eléctrico, la eficiencia de corriente de mineralización (MCE, por sus siglas en inglés), la reducción de carbono orgánico total (COT) y la degradación de IMD, además se determinó la influencia de variables operacionales tales como conductividad (2 - 5 mS/cm) y pH iniciales (4 - 6), densidad de corriente (24 - 48 mA/cm2), carga eléctrica específica (1.5 - 3.0 mAh/L), temperatura (25 - 40°C) y caudal (40 - 70 L/min). Para tratar una solución acuosa de IMD (170 ppm) con Na2SO4 como electrolito, se empleó un reactor CONDIACELL con ánodos de diamante dopado con boro (BDD, por sus siglas en inglés) y un control de temperatura compuesto por un Arduino UNO R3. Se utilizó un diseño factorial 23 con réplica para la evaluación de las variables operacionales principales (densidad de corriente, carga eléctrica específica y temperatura) a un mismo valor de pH, conductividad y caudal; con un análisis de varianza (ANOVA, por sus siglas en inglés) se determinó que la variable más influyente para la disminución de COT es la carga eléctrica específica, mientras que la temperatura es la menos influyente. El consumo energético del proceso fue de 28.15 kWh/m3 a las condiciones más favorables (24 mA/cm2; 3.0 mAh/L y 25°C) obteniendo un MCE de 18.98% y una reducción de COT e IMD de 39.67% y 88.4%, respectivamente.

Influencia del tamaño de partícula y concentración de bagazo sobre la morfología de carbonizados provenientes de mezclas bagazo-carbón

García Saavedra, Edward Andrés | 2019

En este trabajo se evaluó el efecto del tamaño de partícula (-0.25 mm y -20 mm) y la concentración de bagazo de caña de azúcar (0, 25, 50, 75 y 100% p/p de bagazo) sobre la morfología de carbonizados de mezclas bagazocarbón. Las muestras se sometieron a un proceso de desvolatilización a una temperatura de 900 °C, bajo una atmósfera reductora de nitrógeno, en un reactor tubular de arrastre (-0.25 mm) y un reactor por lotes (-20 mm). La morfología de los carbonizados se determinó por análisis de imágenes. Se obtuvieron efectos sinergísticos hacia la formación de morfologías reactivas (morfologías de pared delgada y gruesa) al aumentar la concentración de bagazo. Para las morfologías de carbón con el incremento de la concentración de bagazo, en las partículas 0.25 mm, existió un decrecimiento significativo (respecto al carbón puro) de las morfologías reactivas, contrario al comportamiento de las partículas -20 mm.

Verificación de la reacción de electroplateado con níquel negro (a-NiSn) a nivel de laboratorio

Barona Mercado, William | 2013

En este trabajo se realizó el montaje de una celda electrolítica para depositar níquel negro sobre láminas de acero inoxidable. Para desarrollar el proceso se realizó un diseño experimental tipo factorial ( 2³); las variables de entrada del diseño de experimento fueron: Tiempo de exposición, Temperatura y Densidad de Corriente. La variable respuesta fue el Espesor del Recubrimiento, medio por método gravimétrico y con el medidor de espesores ELCOMETER 300. Mediante la aplicación del programa estadístico MINITAB se obtuvo una ecuación matemática que relaciona la variable respuesta con las variables de entre las variables de entrada. En la evaluación de los resultados se hizo también análisis de las interacciones entre las variables de entrada y su efecto sobre la variable respuesta. Se realizó el análisis de varianza con el programa R-PROJET FOR STATISTICAL COMPUTING. Adicionalmente se evaluó una planta de niquelado negro de rines para autos a nivel industrial haciendo un análisis preliminar de rentabilidad económica. Los baños de la celda electrolítica se prepararon utilizando el compuesto comercial ALLBRITE BLACK 2000, suministrado por la empresa BYCSA S.A.