Maestría en Ingeniería - Énfasis en Ingeniería Química

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Caracterización de los residuos de materiales utilizados como transportadores solidos de oxígeno en un proceso de combustión avanzada (Chemical Looping Combustion)

Forero Amortegui, Carmen Rosa | 2017

Una tecnología que se enmarca en la captura y almacenamiento de CO2, es la combustión con transportadores sólidos de oxígeno (Chemical Looping Combustion¿CLC,), la cual está considerada como una alternativa eficiente energéticamente, ya que es una tecnología con separación inherente del mismo mediante el uso de transportadores sólidos de oxígeno (TSO), con la ventaja de no requerir energía adicional para dicha separación. La clave en el desempeño de los sistemas CLC es el material transportador del oxígeno, siendo la mayoría de sólidos empleados de origen sintético, sin embargo, son pocas las investigaciones sobre materiales de bajo costo, es decir minerales naturales, desechos y subproductos de la industria los cuales podrían utilizarse como transportadores de oxígeno. En diversas zonas de la geografía colombiana se pueden encontrar óxidos metálicos en su forma natural o como residuos de las industrias y la minería los cuales podrían llegar a utilizarse en la tecnología CLC, sin embargo, estos materiales pueden contener trazas de elementos tóxicos solubles u otras características que los conviertan en residuos peligrosos. En el presente proyecto se caracterizaron fisicoquímicamente los residuos de seis diferentes materiales potenciales utilizados como TSO de bajo costo en un sistema CLC provenientes de diferentes partes del país, evaluados con dos gases reductores. Adicionalmente se analizó la viabilidad ambiental del uso de estos materiales como transportadores de oxígeno teniendo en cuenta la concentración de metales potencialmente peligrosos en sus lixiviados. Son varios los objetivos de caracterizar los residuos: predecir las reacciones de óxido reducción llevadas a cabo en el proceso, determinar el efecto del tiempo de operación sobre las propiedades mecánicas de los TSO y establecer la posible peligrosidad de los residuos debido a la presencia de metales potencialmente peligrosos. Lo anterior se llevó a cabo dentro del grupo de Ciencia y tecnología del Carbón, a través de la Unión temporal Incombustion, conformada por grupos de investigación de la Universidad de Antioquia, Nacional de Colombia (sede Medellín), Universidad del Valle y del Instituto Tecnológico Metropolitano. Los estudios realizados fueron distribución granulométrica, análisis de resistencia a la rotura, análisis semicuantitativo elemental y de morfología por medio del uso del microscopio electrónico de barrido EDS/SEM, identificación de fases cristalinas mediante la difracción de rayos X, análisis elemental mediante fluorescencia de rayos X y presencia de metales peligrosos en los lixiviados mediante absorción atómica. El principal aporte de este trabajo se basó en la determinación de metales potencialmente peligrosos en los lixiviados, encontrando que de acuerdo a la normatividad Colombiana (decreto 4741 de 2005 del Ministerio del Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible), ninguno de los residuos se clasifica como tóxico ya que no excede los valores límites permisibles de metales, por lo anterior se considera que los residuos de TSO de bajo costo evaluados en el presente proyecto generados en un sistema CLC, no ejercerían un impacto negativo sobre el medio ambiente al ser dispuestos en un relleno sanitario, por lo cual se concluye de manera preliminar que en términos ambientales es viable la utilización de CRSI003, FEMA004, FEMA011, ILME007, OXMN009 y OXMN010 como transportadores de oxígeno a escala industrial. Sin embargo, es necesario en futuros estudios, descartar que no presenten otras características, tales como inflamable, reactivo o explosivo que los conviertan en residuos peligrosos.

Carbones colombianos como materia prima para la producción de carbón activado empleado en la adsorción de oro de soluciones cianuradas

Barraza Burgos, Juan Manuel | 2018

En Colombia, la extracción de oro se realiza principalmente a través del proceso denominado Merryl-Crawe que consiste en la lixiviación de oro utilizando una solución cianurada y posterior precipitación del mineral utilizando cinc. Este proceso tiene asociados diferentes problemas como la baja selectividad ya que el cinc precipita otros metales, la necesidad de etapas posteriores de separación de los metales recuperados, sensibilidad del proceso a la concentración de oxígeno y la generación de aguas cianuradas contaminantes que no se recuperan. Una alternativa al proceso MerrylCrawe es la adsorción-desorción con carbón activado que reemplaza la precipitación con cinc generando mejor selectividad y menor sensibilidad. Sin embargo, los altos costos del carbón activado, además de los costos asociados con la regeneración térmica, hacen de esta alternativa poco viable. El proyecto ¿RECUPERACIÓN DE ORO Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA INDUSTRIA AURÍFERA DE LA REGIÓN PACÍFICO COLOMBIANA¿, aprobado por COLCIENCIAS 2015-2018, presenta una alternativa integral que propone no solamente la utilización de carbón mineral como materia prima para la producción del carbón activado sino también la regeneración del mismo por un proceso electroquímico y un tratamiento de las aguas cianuradas con el fin de recuperar y reutilizar el cianuro, cerrando el ciclo del proceso de extracción de oro. Este trabajo se centró en la producción y caracterización de carbón activado a partir de carbón mineral colombiano proveniente de siete regiones carboníferas de Colombia (Antioquia, Boyacá, Cundinamarca, Guajira, Norte de Santander, Santander y Valle) utilizando dos condiciones de temperatura y tiempo de residencia en la etapa de activación (700,850°C y 1.5, 2.5 h respectivamente). Se prepararon en total 49 carbones activados que se caracterizaron por análisis próximo y número de yodo con el fin de realizar una pre-selección para realizar pruebas de adsorción de oro, área superficial y análisis SEM. Se realizaron pruebas de adsorción de oro utilizando soluciones artificiales y una solución real proveniente de la zona minera Suarez- Buenos Aires (Cauca Colombia) para comparar el desempeño en términos de la constante de adsorción en el equilibrio con un carbón comercial producido por la empresa Calgon Carbon. En ambas pruebas se obtuvo que el carbón activado más apropiado para procesos de adsorción de oro se produjo a partir del carbón mineral de Cundinamarca con temperatura de 850°C y 1.5 h (C-850-1.5) de tiempo de residencia, con un valor de la constante de adsorción K de 9.36 mg Au/ g carbón seco (CS) que es casi el doble que el valor de K de 4.74 mg Au/g CS obtenido para el carbón comercial GRC 22 6x12. Adicionalmente con el fin de excluir la influencia de la granulometría de los carbones activados, se realizaron pruebas de adsorción utilizando un tamaño de partícula 10x16 (pasante malla 10, retenido malla 16) con las que se obtuvo que el carbón activado de Calgon Carbon tuvo un valor de K de 5.61 mg Au/g mayor en comparación con el de nuestro carbón activado C-850-1.5 producido, cuyo valor de K fue de 4.14 mg Au/g, lo cual es un indicador que la granulometría es un factor que influyó sobre la capacidad de adsorción de oro

Tratamiento combinado de disolución de magnesio y floculación en un drenaje ácido de una mina de carbón

Marriaga Cabrales, Nilson de Jesús | 2015

Los drenajes ácidos de minas de carbón (DAM) surgen de la actividad minera mediante oxidación de la pirita (Fe2S), y se incorporan a las fuentes hídricas por escorrentía o descarga directa, lo que ocasiona la acidificación del agua, la disolución de metales y un incremento en el contenido de sulfatos. Los estudios actuales para su tratamiento aún son limitados y se desconoce el efecto de la concentración de Mg2+ y el pH en un proceso de floculación. Por ello, se evaluó un tratamiento combinado de disolución de Mg2+ que empleó limadura de aleación AZ31 y oxidación con H2O2, seguido de una etapa de floculación; como una alternativa que busca disminuir el color real, la turbidez y la concentración de sulfatos, Fe, Mn y Zn. Se empleó un diseño compuesto central 22 rotable con puntos estrella, los niveles para la concentración de Mg2+ fueron 75 ppm y 225 ppm, y para el pH de floculación 9.5 y 10.5. Se utilizó un reactor discontinuo de 250 mL con agitación magnética, una concentración fija de polímero de 5 ppm, y de H2O2 de 50 ppm. El sobrenadante se analizó usando espectrofotometría de absorción atómica, UVVis y nefelometría. La primera técnica buscó cuantificar la concentración total de Fe, Mn y Zn. La segunda, permitió determinar el color real y cuantificar los sulfatos, y la tercera evaluó la turbidez. Con 75 ppm de Mg2+ y un pH de 10.5 se alcanzó una concentración de Mn <0.072 ppm y de Zn <0.024 ppm. Se evidenció una disminución de 99.9% en la concentración de Fe, 97.9% en el color real, 96.0% en la turbidez y 96.2% en el contenido de sulfatos. El costo del tratamiento fue $3918/m3 de DAM, con un consumo de Ca(OH)2 de 3313 ppm y una disminución del 21% en el volumen del lodo

Modelamiento y simulación de un controlador adaptativo por modelo de referencia para un proceso de regulación de pH

Machuca Martinez, Fiderman | 2013

En este trabajo se evalúa el comportamiento de un proceso de regulación de pH bajo la acción de un controlador adaptativo por modelo de referencia, tras establecer un pH inicial de 7.0 y utilizar los resultados obtenidos en el trabajo de grado ¿Diagnóstico y simulación de un sistema de control de pH en un reactor de tanque agitado¿, teniendo en cuenta las siguientes variables: ¿ Seis valores para el set point, tres por encima del pH inicial (8.0, 9.0 y 10.0) y tres por debajo del mismo (4.0, 5.0, 6.0). ¿ Cuatro tipos de controladores convencionales para el lazo de regulación interno (P, PI, PD y PID). ¿ Dos métodos de adaptación (Método de optimización del gradiente y método de estabilidad de Lyapunov), con los cuales se encontraron las expresiones para los parámetros ajustables presentes en cada caso. Se utilizaron las aplicaciones GUI y SIMULINK de MATLAB para realizar las simulaciones de los modelos y se obtuvieron los resultados en forma gráfica, lo que permitió comparar el desempeño de los métodos de adaptación según el controlador convencional implementado. Tras realizar todas las simulaciones, se puede concluir que el método de estabilidad de Lyapunov arroja resultados satisfactorios en todos los casos evaluados, mientras que el método de estabilidad del gradiente solo es aplicable cuando se implementan el control proporcional y el proporcional ¿ derivativo en el lazo de regulación convencional

Producción de materiales con valor agregado a partir de micelio de Aspergillus Niger utilizando agua subcrítica [recurso electrónico]

García Diosa, Jaime Andrés | 2019-11-05

En el grupo de investigación en termodinámica aplicada se viene desarrollando un proceso para el aislamiento de quitina y complejos quitina-glucano a partir de micelio del hongo Aspergillus Niger, un subproducto de la fabricación industrial del ácido cítrico. El proceso utiliza agua subcrítica; es decir, agua a temperaturas inferiores a la del punto crítico de esta sustancia (374 ºC) y presiones suficientemente altas para que el agua se encuentre en fase líquida a la temperatura de operación. Este proceso presenta ventajas importantes: (1) se lleva a cabo con un solvente muy abundante y económico (agua); (2) requiere tiempos de residencia de pocos segundos; (3) no hay efluentes tóxicos resultantes; y (4) el proceso se lleva a cabo de manera continua, no por tandas. En este trabajo de investigación se modificó sustancialmente un equipo experimental desarrollado en un trabajo anterior, a fin de hacer más sencilla y confiable su operación, y se desarrolló un diseño experimental para explorar el efecto de variables de operación del proceso tales como temperatura y tiempo de residencia sobre el rendimiento y propiedades del producto, el cual corresponde a complejos quitina-glucano. Se obtuvo una gran variedad de productos, cada uno con diferentes propiedades. Se observaron rendimientos entre 30% y 73%, con una proporción de quitina entre 24% y 52%, y pesos moleculares entre 798 y 24812 Da. Posteriormente se realizaron corridas experimentales adicionando hiposulfito de sodio a la mezcla reactiva micelio-agua y se concluyó que la reacción de Maillard tiene una influencia importante en las propiedades y rendimiento del producto. Finalmente, se siguieron procedimientos reportados en la literatura para la fabricación de membranas de nanofibras, y membranas rígidas, a fin de explorar la producción de materiales de alto valor agregado a partir de los complejos quitina-glucano obtenidos. Los resultados muestran que es posible producir nanofibras por medio de ultrasonido, y además que su morfología microscópica y macroscópica depende en gran medida del solvente utilizado en el proceso y de la concentración del soluto.

Determinación de condiciones de proceso para la fabricación de la mezcla polietilenglicol-triclorocarbilinida [recurso electrónico]

Calderón Zapata, Sebastián | 2019-11-05

El Triclorocarban (TCC) es usado como componente antibacterial en los jabones de tocador hace varias décadas, gracias a sus propiedades anti-hongos y anti-microbios. Su dosificación en jabones antibacteriales es vigilada en Colombia por el instituto nacional de vigilancia de medicamentos y alimentos (INVIMA), ya que soporta una propiedad importante del producto. La precisión y control en los procesos de adición de TCC se convierte en un punto crítico en la fabricación de este tipo de jabón. Con el propósito de alcanzar mayor precisión y control en la adición de TCC y optimizar el uso de los recursos de una planta de jabones de tocador, el siguiente trabajo presenta el análisis para la determinación de condiciones de proceso para la fabricación de la mezcla polietilenglicol-triclorocarbanilida.

Uso combinado de electrodisolución y floculación para el tratamiento de lixiviados [recurso electrónico]

Donneys Victoria, Dayana | 2019-09-05

El tratamiento de lixiviados es un tema prioritario para la región y para el país. Actualmente los rellenos sanitarios generan lixiviados que pueden ocasionar graves afectaciones al medio ambiente, al recurso hídrico y a la salud humana. Por otra parte, las tecnologías actuales de tratamiento de lixiviados se hacen intensivas en costos y aún hoy muchas de ellas no responden completamente a las necesidades del medio. Por lo anterior, se evaluó un proceso compuesto por una etapa de electrodisolución de acero al carbono y una etapa de floculación como alternativa de tratamiento que busca determinar la capacidad del proceso propuesto de reducir algunos de los parámetros contaminantes del lixiviado.

Uso combinado de electrodisolución y floculación para el tratamiento de lixiviados [recurso electrónico]

Donneys Victoria, Dayana | 2019-09-05

El tratamiento de lixiviados es un tema prioritario para la región y para el país. Actualmente los rellenos sanitarios generan lixiviados que pueden ocasionar graves afectaciones al medio ambiente, al recurso hídrico y a la salud humana. Por otra parte, las tecnologías actuales de tratamiento de lixiviados se hacen intensivas en costos y aún hoy muchas de ellas no responden completamente a las necesidades del medio. Por lo anterior, se evaluó un proceso compuesto por una etapa de electrodisolución de acero al carbono y una etapa de floculación como alternativa de tratamiento que busca determinar la capacidad del proceso propuesto de reducir algunos de los parámetros contaminantes del lixiviado.

Estudio de las propiedades térmicas y eléctricas del compuesto copolímetro polipirrol estireno-butadieno (PPy-SBR) [recurso electrónico]

Yepes Martínez, Julián Orlando | 2019-06-26

La presente investigación analiza la influencia que tiene el copolímero estireno-butadieno sobre las propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas de las películas de polipirrol electroquímicamente generadas. Para la síntesis electroquímica de las películas de PPy-SBR (Polipirrol-Copolimero de estireno-butadieno) se trabajó con el monómero de pirrol y soluciones acuosas de SBR (%p/p). La concentración de pirrol se mantuvo constante en 0.1M, mientras la concentración del SBR tomó valores de 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 y 14 %p/p. Sobre los electrodos de trabajo se electrogeneraron películas estables de PPy-SBR, usando como fuente de potencia un potenciostato, suministrando una diferencia de voltaje de 1.4 V con respecto al electrodo de referencia Ag/AgCl, y para un tiempo de polimerización de 10800 seg. El PPy-SBR se caracterizó térmicamente por DSC (Calorimetría Diferencial de Barrido y TGA (termogravimetría); Los termogramas resultantes mostraron que las películas obtenidas tienen mayor estabilidad térmica en ambiente oxidante e inerte que cuando se sintetiza solo PPy, con temperaturas superiores de 340º C. Los resultados de DSC muestran tres regiones características, una primera región sin anomalías térmicas, la segunda región con la presencia de una anomalía térmica alrededor de los 25°C y la última región la cual presenta dos anomalías térmicas. Para el caso del estudio de las propiedades eléctricas, se encontró que la concentración inicial de SBR afecta la conductividad de las películas de PPy-SBR, de forma inversamente proporcional, mientras la temperatura lo hace de forma proporcional. Para el estudio de las propiedades mecánicas se hizo uso de un nanoindentador piramidal Berkovich acoplado a la cabeza de nanoindentación ¿IBIS¿ de Fischer ¿ Cripps Labs y un marco de control de desplazamientos NANOVEA SERIES, en el cual, una vez sintetizadas las películas de PPy con la presencia de la macromolécula de Co-polímero de Estireno-Butadieno (SBR), se realizó la comparación con las propiedades del caucho vulcanizado industrialmente, así como el SBR puro; se calculó los módulos de elasticidad (E) y durezas (H), energía plásticas (Ue), energía elástica (Up) y porcentaje de recuperación a la deformación utilizando el método Oliver ¿ Pharr. 2 A través de la técnica de nanoindentación se determinaron las durezas de las películas con valores de 159,4 MPa, 143 MPa, 133,5 MPa, 120 MPa, 126,3 MPa, 129,4 MPa, 132,4 MPa, para las relaciones de concentración (%p/p SBR/Molaridad de pirrol), 40, 50, 70, 80, 100, 120, 140 respectivamente. Las películas presentaron mayores valores de modulo de dureza y de elasticidad y menores energías plásticas y elásticas comparado con el SBR puro y caucho vulcanizado industrialmente. Los espesores de las películas variaron entre 6 y 16 µm.

Diagnóstico energético y estructuración de una propuesta de ahorro de energía en el subsector industrial de fundiciones [recurso electrónico]

Carabalí Araujo, Diana Marcela | 2018-06-26

El incremento de la eficiencia energética es una de las opciones de mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), que contribuye en el sector industrial a la disminución de los consumos de energía para la elaboración de los productos, incrementar los niveles de producción, y mejorar la competitividad de la industria a nivel nacional e internacional. En este proyecto de grado se realizó un diagnóstico de eficiencia energética al sector industrial de fundición de metales ferrosos y no ferrosos en la región del Valle del Cauca y Cauca, el cual tiene una representación en la industria nacional del 7%; de acuerdo al nivel de activos, después de sectores industriales como: fabricación de productos de la refinación del petróleo con un 9,2%, fabricación de productos minerales no metálicos con un 8,6%, y elaboración de bebidas con un 7,9% (DANE, 2007a). El sector industrial de fundición de metales demanda cerca del 10% de la energía total consumida por la industria (Unidad de Planeación Minero Energética (UPME)-Consorcio Bariloche (BRP), 2007). De los cuales el 84% corresponde a energía térmica, mientras el restante equivale al consumo de energía eléctrica, con un consumo total para el año 2.015 de 35.814 terajulios (Ministerio de Minas y Energía de Colombia & Unidad de Planeación Minero Energética - UPME, 2017).

Evaluación del proceso electroflox en el tratamiento de aguas residuales de una empresa de productos de cuidado oral, del hogar y personal.

Machuca Martínez, Fiderman | 2017-11-24

La nueva normatividad de vertimientos reglamentada por el Decreto 3930 de 2010, y la cual actualiza el Decreto 1594 de 1984 (vigente desde hace 30 años) ha llevado a la industria a buscar métodos y tecnologías que permitan su cumplimiento. Actualmente se conocen múltiples tecnologías y tratamientos que permiten el cumplimiento de la misma, unas más económicas y eficientes que otras, dependiendo del vertimiento de dicha industria. Electroflox es un tratamiento que combina electrodisolución, floculación y oxidación, ha sido aplicado en tratamientos de lixiviados, vinazas producida en destilerías de alcohol y plantas productoras de levadura, aguas contaminadas con tintas y drenajes ácidos de minas de carbón. A diferencia de los tratamientos de oxidación conocidos, el tratamiento Electroflox no busca degradar la materia orgánica contenida en el agua residual, sino que aplica la oxidación como tratamiento final para eliminar la carga orgánica e inorgánica residual, por lo que el consumo de agentes oxidantes se reduce al mínimo (Martinez, Cabrales, & Palomino, 2011) En el presente estudio se llevó a cabo la evaluación de la eficiencia de dicha tecnología a nivel de laboratorio para aguas residuales provenientes de una empresa manufacturera de productos de aseo personal y del hogar. Las pruebas preliminares fueron realizadas basadas en un diseño implicando 4 factores tales como densidad de corriente (1,6 mA/cm2), carga eléctrica (500, 2000 C/L), pH de coagulación (9, 12) y concentración de peróxido (500, 1500 ppm), siendo la variable de respuesta la demanda química de oxigeno (DQO) y la demanda biológica de oxigeno (DBO), y los factores carga de corriente y densidad de corriente significativos para dicha variable. De acuerdo con los resultados obtenidos, se evidencio una remoción mayor por parte del tratamiento Electroflox, que el tratamiento fisicoquímico actualmente utilizado para las aguas residuales en algunos casos, sin embargo no se logró alcanzar valores cercanos a los establecidos por la normatividad 500 ppm y 250 ppm, para DQO y DBO respectivamente. Por lo anterior para dar cumplimiento a la normatividad, se requiere de una tecnología adicional, que junto con Electroflox permita alcanzar dichos valores.

Extracción de aceite de microalgas [recurso electrónico]

Palomino Martínez, Alejandra | 2016-03-16

En este trabajo de investigación se estudiaron las principales variables que intervienen en el proceso de concentración y que afectan el rendimiento de sedimentación de la microalga Chlorella vulgaris, tales como la concentración del ión ortofosfato en el medio de cultivo, la concentración inicial mínima de microalgas y el PH del medio. Así se analizaron las principales variables controlables que intervienen en el proceso de extracción de aceite a partir de biomasa húmeda obtenida de la poscosecha, tales como el método de destrucción celular, los sistemas de solventes, el contenido de agua en el sistema, la temperatura y el tiempo de extracción. Por último, al aceite de la microalga Chlorella vulgaris se le analizó la composición de los ácidos grasos.

Determinación de condiciones de proceso y puesta en marcha de una línea de acabados de jabón en barra [recurso electrónico]

Segovia Borray, Ricardo | 2015-02-06

El presente proyecto está enmarcado dentro de un macroproyecto de una compañía de productos de consumo masivo, que reemplazó su única línea de producción de jabón de tocador por una nueva con el objetivo de aumentar la capacidad de la planta, mejorar el cumplimiento de las políticas corporativas relativas a la seguridad industrial y el aseguramiento de la calidad, así como mejorar eficiencias operacionales.