Search

Debido a la gran competitividad industrial y las exigencias de los consumidores, es necesario investigar y actualizar los procesos productivos para dar un mayor rendimiento y calidad del producto final. Por ello este proyecto estábasado enla actualización de los reactores Batch discontinuos para operar en un proceso de “semi-continuidad”. En la actualidad el reactor discontinuo Batch es el más utilizado en el mundo de la industria química debido a su gran versatilidad,pero por el contrariosurendimientode producción es relativamente bajo y la calidad del producto final suele variar en cada “lote” debido a la multitud de elementos que afectan a las reacciones químicas,como pueden ser,por ejemplo,la temperatura, la presión, la humedad, la luminosidad,etc. Este proyecto parte de la base de mejora delacalidad y del rendimientoen los reactores discontinuosdel tipo batch, dando al operario o químico,un mayor conocimiento sobre el estado actual del proceso a tiempo real y de la evolución de la cinéticaquímica de la reacción, además se ha tenido en cuenta la elaboración de un sistemade control, capaz de anticiparse a la evolución de la reacción y reaccionar de manera autónoma o inteligente, para reducir asílas toleranciaso diferenciasde calidad en el producto final independientemente del lote de fabricación.Para tal logro se ha realizado un estudio de la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y la incorporación de dicho sensor en un reactor discontinuo batch de 4000l y de cómopodemos usar los resultados adquiridos del sensor de manera autónoma para el control de la temperatura de la reacción, la presión y la velocidad de agitación

En este proyecto docente se han desarrollado una serie de actividades académicamente dirigidas dedicadas a los reactores químicos y biológicos, en concreto, se ha empleado una herramienta denominada lección que se encuentra disponible a través de la plataforma virtual Moodle, dichas lecciones se basan en una serie de ventanas secuenciales que permiten profundizar en todos los conceptos fundamentales de los reactores químicos y/o biológicos y, a través de diversas cuestiones complementarias sobre el tema, incluidas durante el desarrollo de dicha lección, permite al alumno realizar un aprendizaje más activo que favorece la consolidación de los conceptos de forma gradual. Previo al estudio de los reactores químicos y/o biológicos es necesario tener en cuenta diversos aspectos químicos, físicos, matemáticos, biológicos e ingenieriles que han de considerarse para desarrollar los aspectos fundamentales básicos para poder alcanzar dicho objetivo y se pretende facilitar esta labor al alumnado con el empleo de las lecciones elaboradas. Previamente a la elaboración de las lecciones se ha realizado una importante labor de preparación y síntesis de toda la información, posteriormente se han desarrollado diferentes lecciones para los conceptos tratados en cada uno de los temas implicados en la elaboración de este proyecto docente y tras una profunda revisión se han puesto a disposición de los alumnos. In this teaching project have developed a series of academic activities devoted to the chemical and biological reactors, in particular, it has been using a tool called lesson which is available through the Moodle virtual platform, these lessons are based on a series of sequential windows allowing to delve into all the fundamental concepts of chemical and/or biological reactors and through various complementary on the theme, including issues during the development of this lesson, students perform a more active learning that promotes the consolidation of concepts gradually. Prior to the study of chemical reactors and/or biological is necessary to take account of various chemical, physical, mathematical, biological and engineering aspects that are to be considered to develop the basic fundamentals to achieve the aim and is intended to facilitate this work to the students with the use of elaborate lessons. Important preparation work has been prior to the preparation of the lessons and synthesis of information, have subsequently developed different lessons for the concepts dealt with in each of the issues involved in the development of this educational project and after a thorough review have been available to the students.

180 páginas. Maestría en Ingeniería de Procesos. En el presente trabajo, se llevó a cabo la experimentación y análisis de la factibilidad técnica de aplicación de un reactor airlift, que mostrara la capacidad de mantener una reacción química conservando el rendimiento y los requerimientos de energía de un reactor agitado con un impulsor. Se planteó el uso de un “dispositivo airlift” el cual se encuentra libre de partes mecánicas móviles en su interior, y donde el mezclado es generado por burbujas de aire. La investigación y experimentación se enfocaron en la utilización un dispositivo airlift con doble circuito de recirculación interna. Se manejaron herramientas aplicadas de CFD que permitieron modelar el patrón de flujo en el reactor bajo diferentes condiciones. Se aplicó la precipitación química de dióxido de silicio (sílice) para su separación del agua. La remoción de sílice es muy importante en muchos procesos industriales como parte del pretratamiento de agua para procesos industriales. Como en toda área de investigación, la búsqueda bibliográfica fue piedra angular para definir las actividades que se desarrollaron en el Proyecto, replantear los alcances y profundizar en algunos aspectos. Por estos motivos se realizó una revisión en libros, artículos de revistas, Internet, informes, normas, catálogos y manuales que aportaran antecedentes e información relativa a la aplicación de reactores tipo airlift y su utilidad práctica para aplicar en la industria. Una parte complementaria de la búsqueda bibliográfica fue la fabricación de un reactor piloto tipo airlift y el desarrollo de pruebas experimentales con este reactor, que aportó información específica sobre su comportamiento, la cual no pudo encontrarse en las referencias. Las fases desarrolladas con reactor piloto fueron: diseño, fabricación, instalación, arranque, experimentación con la reacción química y obtención de resultados. En estas fases, al igual que en la búsqueda bibliográfica, requirieron el replanteamiento de los alcances, que permitiera direccionar adecuadamente su desarrollo hacia los objetivos originales, complementando solamente con información útil. El dominio de todas las variables relacionadas con el funcionamiento del sistema facilitó la realización de las pruebas. Otra línea de trabajo desarrollada, fue la construcción del modelo del reactor airlift en un paquete de software para CFD. Se comenzó desde representar geométricamente el reactor piloto, e ingresar la información relativa a las propiedades de los fluidos, materiales aplicados, fronteras del sistema, bajo qué condiciones se resolvería el modelo y cómo se procesarían los resultados. La tarea requirió el entendimiento básico de la forma de operar del paquete de software y de ensayos continuos, ya que en los primeros ensayos no se obtuvieron los resultados esperados. Esto fue mejorando a medida que se interpretó mejor el lenguaje manejado por el programa y la forma de presentar los resultados. La comparación datos generados con el reactor piloto y con el modelo del reactor permitió confirmar la congruencia entre los valores experimentales con los valores obtenidos en la simulación. De esta forma se comenzó a describir de forma precisa los procesos hidrodinámicos que ocurren en el reactor, tales como el transporte de momento (a través de la velocidad de agua), el régimen de turbulencia, fracción volumétrica de gas, energía cinética turbulenta, etc. Se realizó una comparación teórica del desempeño energético del reactor airlift contra un reactor agitado con un impulsor, a través de datos y cálculos mencionados las referencias bibliográficas. En este Proyecto se intentó dar un enfoque sobre cómo los fundamentos de fenómenos de transporte pueden aplicarse a casos prácticos en la industria.

En este proyecto se describe el proceso de mejora llevado a cabo en un reactor químico y su entorno. Se describe el estado inicial del reactor, y los pasos seguidos para llevar a cabo las mejoras. Las mejoras incluyen nuevos componentes y una nueva plataforma de control. En este documento se describe el proceso de selección de los componentes de la plataforma, en concreto, del HMI, PLC, y variadores de frecuencia. También se describe en detalle la programación del PLC. El PLC gestiona tres importantes áreas: la presión, la temperatura, y el proceso de carga de ingredientes. Para gestionar estas variables, se ha dise~nado un programa a base de Sequential Function Charts. Todo y que no se han dise~nado controladores, si se ha conseguido programar una gestión satisfactoria de estas tres áreas.

Se diseñó conceptualmente la producción de bicarbonato de sodio por difusión de CO2 en una solución de carbonato de sodio, empleando un diseño estadístico de experimentos de superficie de respuesta (RSM) Box-Behnken, que permitió establecer las condiciones de operación óptimas -- Se encontró que a un flujo de 3 LPM de CO2, concentración inicial de 20% wt. de carbonado de socio y un tiempo de reacción de 1 hora y 56 minutos, se puede obtener una solución de bicarbonato de sodio con una concentraciòn de 5.59% wt. en solución -- Adicionalmente, a partir de ecuaciones básicas se determinaron las dimensiones de la columna y de los equipos necesarios para el proceso, con una inversión de capital aproximada de USD 509,700

El principal objetivo del proyecto consiste en optimizar las condiciones de depósito de silicio amorfo y micro-cristalino en un nuevo reactor de depósito químico en fase vapor activado por filamento caliente (HWCVD). El proceso de optimización se realizará empleando el mínimo número de depósitos y caracterizaciones. Para ello, se realizarán una serie de depósitos, que denominaremos series tecnológicas, y caracterizaremos el conjunto mínimo de propiedades estructurales y optoelectrónicas que definen el estado del arte del silicio amorfo y microcristalino hidrogenado intrínseco de uso en células solares. Concretamente, se hará uso de las técnicas de espectroscopía Raman e infrarroja por transformada de Fourier para determinar las propiedades estructurales, y de las técnicas de espectroscopía de deflexión fototérmica y medidas de resistencia eléctrica para determinar el resto de propiedades optoelectrónicas. Se ha determinado que las mejores condiciones para el depósito de material amorfo son: temperatura de substrato Tsa= 200ºC, flujo de silano fa= 200 sccm, presión Pa=5.00·10-2 mbar, dilución de hidrógeno-Ha=94% y las condiciones óptimas para el depósito de material microcristalino: Tsmc= 200ºC, fmc= 50 sccm, Hmc=94%, Pmc = 8.0·10-2 mbar. Sin embargo, el material depositado en estas condiciones unas propiedades estructurales ni ópticas óptimas. La gran contribución de los modos Si-Hn localizados en 2070 y 2090 cm-1, obervados en las medidas de transmitancia infrarroja, y la elevada energía de Urbach, obervadas en las medidas de deflexión fototérmica, predicen la probable existencia de una concentración importante de defectos en el material. Al no detectar una variación significativa de las propiedades del material obtenido en las series de depósitos realizadas, se concluye que, muy probablemente, los principales factores que influyen en la calidad del material son las líneas de gases y la limpieza del sistema. Para resolver estos inconvenientes, actualmente se están instalando nuevas líneas en la sala blanca de la Facultad de Física y se está desarrollando un sistema de limpieza con hidrógeno atómico.

Este trabajo presenta el diseño, el montaje, la operación y evaluación de una configuración de fotobiorreactor airlift de tubos concéntricos para el cultivo de la microalga Chlorella sorokiniana -- El diseño se encargó del dimensionamiento del modelo de airlift -- Obedeciendo también a consideraciones de sujeción y de mantenimiento, se optó por construir 3 ejemplares de 9L de capacidad nominal, 51cm de alto y 17cm de diámetro -- Un cilindro interno y concéntrico de 6.5cm de diámetro, perforado en su parte inferior actuó como columna de burbujeo -- Estas dimensiones le otorgaron al modelo construido una relación altura/diámetro (h=D) de 3, y una relación área downcomer/área riser (Ad=Ar) de 7. Los anteriores coeficientes delataron un montaje de reactor \chato" con un downcomer sobredimensionado -- El montaje de fotobiorreactores airlift se realizó con láminas de polimetilmetacrilato de 5mm de espesor -- Este material fue seleccionado por sus amplias posibilidades de termoformado, su baja densidad (1.19 g=mL), su alta transparencia (93 %) y su disponibilidad en la ciudad de Medellín -- Para la operación de los reactores así construidos, se indagó sobre sus necesidades de automatización -- Los micro-PLC fueron escogidos como la mejor alternativa tecnológica de control por su robustez, fiabilidad, adaptadas posibilidades de programación y precio -- Se cableó un AL2-14MR-DTM de Mitsubishi R en sus salidas en relés para la temporización de la iluminación y de la soplante -- Los reactores fueron evaluados con el análisis de las cinéticas de crecimiento de la microalga Chlorella sorokiniana a diferentes condiciones de luz, medio de cultivo y burbujeo -- Se encontró que con niveles de luz de 40W (para luz blanca y de colores) se lograban mayores productividades promedio a los 15 días de hasta 2.86E+04 células d a1 L1 y mayores densidades celulares máximas de hasta 5.70E+05 células L1 que con los tratamientos con 20W de luz blanca -- Las cinéticas obtenidas en medio con fertilizante triple 18 alcanzaron densidades celulares superiores a las de medio Bristol -- Las cinéticas desarrolladas en medio Bristol presentaron un declive muy marcado a los 25 días, frente a las cinéticas más duraderas generadas en el medio con fertilizante -- No se constataron cambios morfológicos evidentes de un medio de cultivo a otro -- Niveles de burbujeo altos no llevaron a mayores productividades o concentraciones celulares -- Por otro lado, la operación de estos fotobiorreactores llevó a considerar la base de los reactores airlift como una zona crítica, a la que debe prestársele mucha atención, por cuanto allí se presentan puntos muertos y sedimentaciones

Este proyecto de grado está conformado por cinco capítulos, el primer capítulo está relacionado con los conceptos generales, se presenta el marco teórico y algunos antecedentes relacionados con la investigación; igualmente, se plantean los objetivos y la justificación del estudio -- En el segundo capítulo se presenta los materiales y métodos implementados en la investigación, para la ejecución de cada uno de los ensayos de laboratorio, los cuales se hicieron basados en el diseño estadístico de experimentos seleccionado -- El tercer capítulo contiene los resultados obtenidos de los experimentos y el análisis de los mismos comparándolos con lo reportado en la literatura -- En el cuarto capítulo, se presenta el diseño conceptual del proceso electro-foto-Fenton a escala industrial con su respectivo análisis económico -- Finalizando, en el capítulo cinco, se presentan las conclusiones y recomendaciones generales de la investigación -- La investigación consiste en optimizar las condiciones de operación del proceso de electro-oxidación usando electrodos de diamante dopados con boro, BDD, con el fin de evaluar la degradación del colorante azoico tartrazina presente en el agua y de esta manera determinar la eficacia del tratamiento -- Los experimentos realizados en el laboratorio, se hicieron un reactor de borosilicato con capacidad de tratamiento de 42 ml de agua -- Se realizaron ensayos preliminares con el fin de identificar los parámetros más importantes respecto a la eficiencia del proceso, mediante un diseño estadístico de experimentos factorial fraccionado, el análisis determinó que los parámetros más influyentes fueron: concentración del colorante, pH de la solución y densidad de corriente -- Las condiciones óptimas de operación, Ci: 30 ppm de tartrazina, i: 5 mA/cm², pH 6, conductividad 1060 S/cm, agitación 340 RPM y concentración de 0,3 mM FeCl2•4H2O, se determinaron con el análisis del diseño de superficie de respuesta, las variables de respuesta fueron el %DC, %DDQO y %DCOT -- Bajo estas condiciones, se realizó el estudio cinético de los procesos de electro-oxidación (EO), electro-Fenton (EF) y electro-foto-Fenton (EFF), y de esta manera se determinó el efecto sinérgico, mediante la incorporación de FeCl2•4H2O y de la radiación UV -- Los resultados obtenidos para cada uno de los procesos para una concentración de colorante de 30 ppm, durante un tiempo de electrólisis de 30 minutos fueron: para el proceso EO %DC 95.87, %DDQO 70 y %DCOT 60; para el proceso EF %DC 88.69, %DDQO 80 y %DCOT 75 y para el proceso EFF %DC 95.48, %DDQO 92.50 y %DCOT 90 -- Por lo tanto, el proceso más eficiente fue el EFF -- Con estos resultados, se diseñó conceptualmente, la planta de tratamiento, para procesar 96 m3/día en un reactor de 15 m3

Fil: Rivadeneira Paz, Pablo Santiago. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina. En esta tesis se fundamentó nuevos desarrollos científicos y tecnológicos dentro del control óptimo de procesos, especialmente sobre estrategias de control basadas en el formalismo Hamiltoniano. Se puso el énfasis en que los diferentes esquemas presentados se puedan implementar completamente en tiempo real. Principalmente, las estrategias descritas forman una nueva metodología denominada "Control Hamiltoniano con dos grados de libertad" que tienen como núcleo unas ecuaciones en derivadas parciales que permiten resolver el problema de control óptimo continuo en tiempo real. El primer grado se ocupa de la acción de control en lazo abierto para la construcción de la trayectoria óptima, y el segundo genera una ley de control retroalimentada que permite la compensación de desviaciones o seguimiento de la trayectoria óptima. Dentro de las aplicaciones de la tesis, la más importante fue la del tratamiento de la dinámica del virus de inmunodeficiencia humana (VIH/SIDA) debido a sus impacto social, que debido a ciertas características se debió estudiar bajo una metodología de control que contempla las características continuas y descritas de la aplicación, y que en esta tesis fue llamada "programación dinámica híbrida". Esta metodología permite encontrar las dosificaciones óptimas de droga que debe ingerir el paciente en tratamiento. El planteamiento resultó también útil para abordar el problema de reducir los efectos colaterales (side-effects) asociados con la ingestión de ciertas drogas utilizadas en las terapias antirretrovirales del VIH logrando presentar por primera vez en la literatura, un modelo empírico de la dinámica del sistema que incluye estos efectos secundarios. In this thesis, new scientific and technological tools were constructed from the optimal control point of view and along the lines of the Hamiltonian formalism for nonlinear processes. The main characteristic of these control strategies is the capability to be implemented in real time. Essentially, the aforementioned strategies constitute a new methodology called "Hamiltonian-two-degree-of-freedom control", which optimizes both the feedforward and the feedback components of the control variable with respect to the same cost objective. The original Hamiltonian function governs the feedforward dynamics, and its derivatives are part of the gain for the feedback component. This is possible because a new set of PDEs (the variations equations) allow recovering the initial value of the costate variable, and the Hamilton equations can then be solved as an initial-value problem. The most important application of the thesis was the treatment of the dynamics of the human immunodeficiency virus (HIV/AIDS) due to its high social impact. The methodology "hybrid dynamic programming" was applied because of the certain discrete and continuous characteristics of the process. This methodology allows finding the optimal drug dosages that must ingest the patient in treatment. This control framework is also useful to approach the optimal control problem to reduce to the side-effects associated with the drug ingestion in the antiretroviral therapies for HIV, where the evolution of side-effects during treatment, for a first time in literature, was modeled by an extra differential equation coupled to the dynamics of the virus. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

Actualmente la mayor parte del hidrógeno producido industrialmente procede de combustibles fósiles, o sea, de fuentes no renovables. En los últimos años se están estudiando diferentes soluciones para producir hidrógeno y una vía prometedora parece el reformado con vapor de etanol. La peculiaridad del etanol es la posibilidad de ser producido por vía biológica así que nos permitiría cerrar el ciclo de CO2, es decir, el CO2 que se emite en el proceso de reformado es equivalente al CO2 consumido por la biomasa para mantener así invariado el nivel de este gas en la atmósfera. El presente proyecto estudia un sistema para la producción de hidrógeno a microescala, a través de un microreactor que lleva en su parte interna un catalizador basado en cobalto adherido sobre una placa de acero inoxidable 316. El hidrógeno producido, tras un adecuado proceso de purificación, podría ser utilizado en una microcelda de combustible para aplicaciones portátiles. Este trabajo trata la preparación y adhesión del catalizador sobre placas metálicas, el diseño y montaje del reactor, la elección y puesta a punto de la periferia necesaria para el correcto funcionamiento del sistema y las pruebas catalíticas de reformado de etanol con vapor. A pesar de los bajos tiempos de residencia, el dispositivo alcanza conversiones prácticamente totales gracias a la elevada área específica de contacto.

El objetivo de este proyecto es el diseño de un reactor para la polimerización parcial de estireno integrado dentro de un proceso continuo de producción de poliestireno cristal. El proyecto incluye el diseño mecánico de los diferentes elementos que componen el reactor, así como el estudio de la cinética de polimerización que tiene lugar en él. A continuación se presenta un estudio económico y de seguridad del sistema diseñado. Finalmente, se realiza una evaluación del impacto en el medio ambiente del sistema obtenido. La metodología llevada a cabo para la realización de este proyecto consiste en el análisis de las necesidades tanto mecánicas como térmicas del reactor. Una vez definidas, se procede al diseño de cada uno de los elementos constituyentes de éste para que satisfagan estas condiciones. Con las características del diseño se procede a realizar los planos y las hojas de características de los componentes que lo integran.

En la búsqueda de reactores de lecho fijo que ofrezcan una gran seguridad y permitan maximizar la conversión - para una determinada longitud del reactor - se analizan los tres arreglos más comunes (paralelo, contracorriente y temperatura constante), con respecto al medio de enfriamiento. Como casos de aplicación se estudiaron la oxidación parcial de O-xileno para producir anhídrido ftálico como productor único en el primer caso y teniendo en cuenta reacciones paralelas y consecutivas para el segundo caso. El sistema de ecuaciones variacionales originado a partir del sistema de ecuaciones diferenciales del modelo del reactor sirve para solucionar el problema de valores de frontera y adicionalmente la sensibilidad paramétrica de las diferentes variables. Mediante un análisis de la sensibilidad paramétrica y de otras ventajas resultantes el arreglo en paralelo puede considerarse como la alternativa más atractiva.