Maestría en Ingeniería de Procesos
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- Estudio de los esquemas de control de cascada basados en múltiples mediciones de temperatura(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2014) Ramírez Castelán, Carlos EduardoLos reactores tubulares son difíciles de operar debido al acoplamiento entre los fenómenos de transporte, cinética no-lineal y su naturaleza distribuida. El objetivo esencial del control de reactores tubulares es la regulación de la concentración a la salida. Dado que las mediciones de composición generalmente conllevan retardos considerables debido a restricciones como el tiempo de respuesta de los equipos de medición y el transporte interno, un lazo cerrado de control basado únicamente en la composición puede sufrir un pobre desempeño e incluso inestabilidades. Para contrarrestar esta situación, un esquema de control en cascada de composición-temperatura es propuesto. El control en cascada propuesto se compone de una configuración anidada que consiste en un lazo interno de control de temperatura dirigido a cumplir el objetivo de estabilización y un lazo externo de composición con el objetivo de regular la concentración a la salida. En las configuraciones de control en cascada de reactores tubulares, el número apropiado además de la localización de sensores es un problema abierto. Diversos estudios demuestran que los sensores pueden ser colocados en las posiciones más sensibles, es decir la posición del punto más caliente del reactor (Hot spot). En este trabajo se estudió el problema de la localización de sensores para una configuración de control en cascada simple empleando dos métodos. El primero utilizando series de tiempo obtenidas a partir de condiciones de entrada del reactor forzadas aleatoriamente para las cuales se realiza un análisis fractal con el objetivo de localizar las zonas más sensibles del reactor. Por otra parte, se realiza un análisis de sensibilidad numérica local aproximada. Dos casos de estudio son tratados que consisten en modelos de reactor tubular de dispersión axial exhibiendo comportamientos tipo Hot spot y cuasi lineal.
- Simulación de pruebas de trazadores mediante formulaciones integrales(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2014) Rivera Ugalde, DeliaEn este trabajo se propone el uso de esquemas numéricos basados en las formulaciones de ecuaciones integrales (FEI) para la simulación de modelos de pruebas de trazadores. Las formulaciones integrales son generadas a partir de la inversión analítica de los operadores diferenciales que describen las pruebas de trazadores, lo cual conduce a esquemas numéricos con mejores propiedades numéricas que los esquemas tradicionales. Además, dada la estructura matemática de las FEI, es posible identificar las contribuciones individuales de las interacciones individuales del sistema reacción-transporte, esto es, por separado a los fenómenos de transporte, las reacciones químicas, las condiciones de frontera y los efectos de acumulación dinámica. Para ilustrar las ventajas de las FEI, se consideran dos casos de estudio generales de modelos de pruebas de trazadores en yacimientos naturalmente fracturados, donde intervienen interacciones de tipo reacción-difusión y reacción-difusión-convección. Los resultados obtenidos indican que los esquemas numéricos basados en las FEI son sistemáticos y de fácil aplicación en los modelos de pruebas de trazadores, mejoran las aproximaciones numéricas hasta 4 órdenes de magnitud comparados con los esquemas de DF y reducen los tiempos de cómputo significativamente.
- Simulación rigurosa del proceso de digestión anaerobia(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2014-10) Pallares García, ArturoLa digestión anaerobia (DA) es uno de los procesos biológicos de mayor uso para el tratamiento de aguas residuales con alta carga orgánica, las cuales son muy comunes en desechos agro-industriales. Un atractivo de la DA es la generación como subproducto de biogás (mezcla de metano y dióxido de carbono). A pesar de estas ventajas, se sigue desconfiando en este proceso, pues es potencialmente inestable y los tiempos de tratamiento pueden ser muy largos. Por esto, las plantas suelen estar sobredimensionadas, los costos de instalación son demasiado altos y su operación sea poco eficiente. Los procesos biológicos implican interacciones entre una gran cantidad de diversos tipos de microrganismos y sustratos contenidos en la materia orgánica, que dificulta contar con un entendimiento profundo de cómo funcionan y operan los procesos de DA y el efecto de diversas variables de operación de las unidades de tratamiento biológico de la DA. En este trabajo de tesis se presentan dos estudios de simulación rigurosa de procesos de DA. La simulación rigurosa permite modelar y simular con un alto grado de precisión los fenómenos más relevantes de un proceso y tienen la finalidad de mejorar el entendimiento de la DA, así como reproducir y predecir el comportamiento de esta clase de proceso. La simulación de procesos se lleva a cabo utilizando el simulador de procesos comercial Aspen Plus y el modelado y la simulación de los patrones de flujo por medio de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). Para el caso de la simulación rigurosa con Aspen Plus, se describe la implementación de la DA reportada recientemente en la literatura y se identifican el potencial de su aplicación en otros casos de estudio. La simulación por CFD se lleva a cabo a través del programa ANSYS Fluent. Se considera un caso de estudio de un digestor anaerobio sin agitación de flujo ascendente empleado para el tratamiento de aguas residuales de alta resistencia de la industria tequilera.
- Optimización de reactores anaerobios continuos para tratamiento de aguas residuales(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2014-10) Mora Vázquez, AlejandroEl tratamiento de aguas residuales de procesos industriales es un tema de gran interés académico e industrial. Por una parte, la complejidad de las aguas residuales y su posible tratamiento es de gran interés científico. Por otra parte, debido a las restricciones ambientales cada vez mayores, las industrias están obligadas a implementar sistemas de tratamiento de aguas residuales. De los distintos tipos de tratamiento de aguas que se aplican para aguas residuales industriales, los procesos biológicos, y en particular la digestión anaerobia, son atractivos debido a su capacidad para tratar aguas residuales con alta carga orgánica y generar como subproducto del tratamiento biogás. La operación tradicional de digestores anaerobios se puede mejorar a través de la optimización de procesos. En el presente trabajo se formulan dos problemas de optimización para dos casos de estudio. Los problemas de optimización se formulan con base a un enfoque convencional de programación no-lineal y un enfoque no convencional basado en la teoría de sistemas bioquímicos. El primer caso de estudio consiste en un modelo de un digestor anaerobio tipo CSTR de cuatro estados, que tiene aplicación en el tratamiento de aguas residuales provenientes del proceso de producción de tequila. El segundo caso de estudio consiste en un modelo genérico de un digestor anaerobio tipo CSTR de siete estados.
- Análisis de la capacidad de transporte de un poliducto. Caso de estudio(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2014-11) Sánchez García, HéctorEn este trabajo se desarrolla una metodología para determinar la viabilidad de reconfiguración de un sistema de conducción de hidrocarburos. La viabilidad de reconfiguración se fundamenta en principios de seguridad hidráulica y de integridad mecánica incluidos en los códigos ASME B31.4-2006 “Pipeline transportation systems for liquid hydrocarbons and other liquids” y ASME B31G-1991 “Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines”. Con la finalidad de ejemplificar su uso se toma en consideración un caso de estudio hipotético, en el cual se simula, evalúa y analiza la viabilidad de reconfiguración de este sistema. Con base en este análisis se identifican tramos vulnerables a lo largo de la línea de conducción, mostrando algunas de las medidas de mitigación más comunes y su impacto al implementarlas al caso de estudio.
- Evaluación del desempeño de reactores electroquímicos asistidos con ultrasonido para la remoción de amoxicilina en fase acuosa(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2014-12) Padilla Robles, Blanca GabrielaEn la actualidad existe una gran cantidad de fármacos que son utilizados tanto en la medicina humana como en la veterinaria, y su presencia en el medio acuoso se ha convertido en un problema ecológico de interés debido a que pueden causar cambios en los ecosistemas afectando a los seres vivos. La amoxicilina es un antibiótico muy utilizado debido a su capacidad para contrarrestar una gran cantidad de enfermedades. Este antibiótico no es completamente metabolizado en el cuerpo humano por lo que se puede encontrar en las excreciones, esto conlleva a su presencia en las aguas residuales y consecuentemente a su aparición en el medio ambiente. La presencia de amoxicilina en el medio acuático puede causar graves alteraciones en el ecosistema y con el fin de evitar estos efectos, este contaminante debe ser removido de los efluentes para evitar su entrada al medio. Se han estudiado métodos como la oxidación química mediante reactivos Fenton, floculación y tratamientos fotoquímicos para la remoción de la amoxicilina y otros contaminantes, pero el coto de implementación aún es elevado. En este estudio se utiliza un proceso electroquímico asistido con ultrasonido buscando una mejor eficiencia de remoción de la amoxicilina, así mismo se analiza cada proceso por separado. Se encontró que una densidad de potencia ultrasónica de 116 Wl-1 no modifica la concentración de 30 ppm de amoxicilina presente en el medio. Por otro lado, en el proceso electroquímico usando ánodos de hierro y de carbón vítreo se obtuvieron remociones del 62 y 95 %, respectivamente después de una hora de tratamiento. Finalmente, se analizó el comportamiento del proceso electroquímico (ánodo de Fe) asistido con ultrasonido dando una remoción del 55 % del fármaco en el mismo lapso de tiempo que los procesos anteriormente mencionados. Por lo cual, el ultrasonido disminuyo la eficiencia de remoción del fármaco. Cuando el ánodo de hierro es utilizado, este actúa como proveedor de los óxidos de hierro no solubles, que son promotores de la formación de flóculos, y debido a que el ultrasonido incrementa el micromezclado, puede estar disminuyendo la formación de los flóculos y al mismo tiempo la remoción del fármaco.
- Optimización de la geometría externa de la buza del molde para colada continua de planchón de acero(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2015) Hernandez Santoyo, RodrigoHoy en día, el acero sigue siendo el material de más amplio uso en todas las ramas de la industria, si bien, nuevos materiales se han desarrollado, estos aún no pueden sustituir al acero debido a su amplio rango de propiedades mecánicas que puede ofrecer, además en los últimos años se han seguido desarrollando diversos tipos de aceros como los aceros de alta resistencia de última generación como TRIP, TWIP y DP que permiten una reducción de peso considerable en aplicaciones estructurales. Es por esta razón que el proceso de colada continua sigue siendo de importancia fundamental en la industria. De aquí que la mejora de la calidad del proceso de colada continua sea fundamental. Los defectos que afectan de manera importante la calidad del acero son las inclusiones no metálicas causadas durante el vaciado en el molde de CC por arrastre de escoria. Para disminuir este defecto se han propuesto distintas alternativas como el uso del freno electromagnético. El problema del freno electromagnético es que resulta costoso y difícil de operar. En este trabajo se propone una solución simple y de bajo costo que según veremos resulta eficiente para disminuir el arrastre de escoria. Si bien, hace falta más investigación para su implementación, los resultados obtenidos durante la investigación aportan evidencia de que desde el punto de vista de la mecánica de fluidos es posible su uso. La solución aquí presentada consiste en el uso de un deflector de flujo externo rectangular que forma parte de la buza bifurcada, que tiene como intención provocar un patrón de flujo cuasi simétrico que impida la formación de fluctuaciones, las cuales, a su vez, son las responsables en gran medida del arrastre de escoria que puede generar defectos internos o superficiales en el acero durante su solidificación después del vaciado en el molde de CC.
- Modelado fenomenológico y computacional de la determinación de aceite residual en yacimientos naturalmente fracturados usando trazadores reactivos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2015) Fernandez Alarcon, Aaron GerardoEn este trabajo se realiza el modelado fenomenológico del transporte de trazadores reactivos que es una herramienta comúnmente usada para describir los procesos que subyacen dentro de los yacimientos naturalmente fracturados. Esto con el objetivo de calcular el aceite residual remanente. Se usaron ecuaciones de transporte de masa y ecuaciones de equilibrio locales como punto de partida para el escalamiento de un modelo matemático global. Usando el teorema del promediado volumétrico, se estudiaron los fenómenos a una escala local y se promediaron en todo el sistema a partir de un volumen muestra representativo. Se compararon los modelos propuestos fenomenológicamente con los realizados con el método de escalamiento matemático del promedio volumétrico, llegando a ecuaciones análogas que representan físicamente lo mismo. Los fenómenos de transporte de masa en los dos dominios del sistema para la etapa de inyección del reactivo acetato de etilo, fueron la convección, reacción química y difusión molecular efectiva. En la etapa de reposo, es donde se lleva a cabo el fenómeno de la partición del reactivo A en el aceite residual, la adsorción en la roca, así como la difusión molecular efectiva entre los intersticios de la matriz porosa. En la etapa de salida o producción, las sustancias químicas que comprenden la prueba de trazadores reactivos salen del yacimiento naturalmente fracturado. Se realizó un programa en el software MATLAB, usando el método de diferencias finitas, dividiendo el sistema en dos dominios: la matriz porosa y la fractura. En la simulación se pudieron observar claramente los efectos de cada uno de los mecanismos del modelo propuesto. Así se concluye que los modelos presentados en este trabajo son aceptables para simular el comportamiento del acetato de etilo y el etanol dentro del sistema de estudio.
- Estudio de un reactor de lecho catalítico para la producción de hidrógeno a partir de bioetanol(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2015) Martinez Cervantes, Ivan RafaelEl hidrógeno es un combustible ideal, ya que puede ser transformado en calor, energía mecánica, o energía eléctrica. La tecnología limpia e innovadora del hidrógeno se obtiene a partir de la síntesis de compuestos renovables como el bioetanol en presencia de catalizadores metálicos mediante procedimientos termoquímicos. Actualmente se ha desarrollado un catalizador para la reacción de reformación de etanol con vapor de agua (ESR) a base de un catalizador bimetálico Ni-Co-Hidrotalcita-WOx (HTB-3) que ha demostrado alta selectividad a H2 [15,77,79]. Como herramienta para el diseño del reactor se propuso un modelo matemático bidimensional, basado en las ecuaciones de conservación de materia y energía, con el objetivo de obtener los perfiles de conversión y temperatura en un reactor integral delimitado el problema por condiciones iníciales y de contorno. La resolución del sistema de ecuaciones diferenciales parciales de tipo parabólico fue discretizado mediante una variante de la metodología implícita, llamado método de Crank-Nicholson. Posteriormente se implementó una codificación en el software Wolfram Mathematica para la resolución matemática. Se han obtenido de la literatura una serie de modelos que permiten obtener los valores numéricos de las propiedades de trasporte requeridas en la simulación. Con el fin de validar el modelo propuesto se realizó la experimentación en un reactor tubular, empacado con material catalítico (PBTR). Se realizaron análisis de composición a través de la longitud del reactor. La reacción de ESR es endotérmica, presentando gran demanda de energía, por lo anterior el calentamiento se efectuó externamente mediante un horno eléctrico, aislado con el fin de eliminar la pérdida de calor con el exterior.
- Criterios para la clasificación de zonas de alta consecuencia en ductos a presión basado en vulnerabilidad hidráulica(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2015-01) Gómez-Yáñez, HéctorLa seguridad del transporte de hidrocarburos en ductos está subordinada a normas internacionales como lo es la API 1160-2001. De esta norma se deriva para el contexto nacional la norma oficial mexicana NOM-027-SESH-2010. Estas normativas basan las evaluaciones de seguridad en el sistema de conducción en función de propiedades mecánicas del material con el cual esta manufacturado el ducto, pero omiten la inclusión de las variables hidráulicas al realizar dichas evaluaciones. El presente proyecto desarrolla y describe, a través de un caso hipotético, una metodología de cómo realizar evaluaciones de seguridad que combinen ambos criterios, permitiendo priorizar las acciones de mitigación de escenarios de riesgo en los sistemas de conducción.
- Análisis de seguridad hidráulica como insumo de los planes maestros de administración de la integridad de ductos a presión(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2015-01) Dominguez Ramirez, Donaji BereniceLa norma que regula el transporte de hidrocarburos en el país es la NOM-027 de la cual se deriva el PAID (Plan Maestro de Integridad de ductos). En el PAID se aborda la administración de la integridad con un enfoque sistémico multidisciplinario y la identificación de peligros potenciales. Sin embargo, se omite la consideración de las variables transversales al proceso (variables hidráulicas) que pudieran intensificar el riesgo. En la presente tesis se propone un sistema que servirá como caso de estudio. Se describe la metodología utilizada para realizar un análisis hidráulico y se estudia la relación de las variables de proceso transversales a los peligros potenciales. Se identifican los peligros potenciales del sistema y se desarrollan criterios para la ponderación entre los peligros potenciales y las variables hidráulicas.
- Estudio de la hidrodinámica de dos dispersores de alto corte usando Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2015-02) Ramirez Gomez, RubenEn este trabajo se realizó un estudio numérico del desempeño hidrodinámico de dos impulsores comerciales de alto corte de escala de laboratorio tipo Hockmeyer® de dos (HockD-2A) y cuatro anillos (HockD-4A), y su desempeño se comparó con el de una turbina Rushton estándar (RT). Los resultados de las simulaciones fueron validados con mediciones experimentales de potencia. El estudio se llevó a cabo en un tanque agitado cilíndrico sin deflectores en el régimen de flujo de transición a turbulento. Los parámetros hidrodinámicos de macro-mezcla: números de potencia y de bombeo y locales: campos de velocidad y distribución de la tasa de disipación de energía, así como la tasa de disipación de energía promedio en el volumen barrido por el impulsor y sus cuchillas se obtuvieron a partir de los resultados de las simulaciones para cada impulsor estudiado. A partir de los resultados de las simulaciones, se encontró que los números de potencia y de bombeo o su relación no pueden ser simplemente conectados para seleccionar adecuadamente un impulsor en aplicaciones en donde es deseable una alta disipación de energía localizada. Además se encontró que la relación de la tasa de disipación de energía promedio en el volumen barrido por los impulsores ( Ē RI) y el promedio en todo el volumen (Ē) a los tres consumos de potencia constante (P) evaluados en este trabajo, son inferiores para los dos impulsores de alto corte. Sin embargo, se encontró que la disipación de energía promedio adimensional en el volumen barrido por la cuchilla (ĒBP/ Ē ) cuando P aumenta de 12.92 W a 23.45 W, es mayor para el HockD-2A en comparación con la RT, confirmando la ventaja del alto cizallamiento inducido por el HockD-2A cuando opera a velocidades más altas.
- Modelado y simulación de un reactor airlift para su aplicación en la separación de sílice del agua(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2015-03) Solis Herrera, Jose AngelEn 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.
- Diseño óptimo de un sistema de tratamiento para la remoción de cromo hexavalente usando reactores electroquímicos continuos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2015-05) Lopez Yañez, AdrianEn este trabajo se investiga el problema de síntesis y optimización de sistemas de tratamiento selectivo de corrientes efluentes. La motivación surge del hecho de que comúnmente en las industrias se da un tratamiento centralizado a sus residuos acuosos derivados de un proceso productivo, sin ofrecer alternativas que reduzcan el volumen de agua a tratar. Es decir, el diseño estructural y sus propiedades de flujo y remoción de contaminantes no se estudian de manera sistemática con el fin de producir un diseño eficiente que minimice la contaminación de los sumideros y reduzca simultáneamente los costos de tratamiento. Con este fin se desarrolló un modelo de programación matemática para la síntesis y optimización de sistemas de tratamiento selectivo de efluentes para la reducción electroquímica de cromo hexavalente (Cr(VI)) a cromo trivalente (Cr(III)). El modelo de programación no lineal (PNL) se desarrolló a partir de la superestructura básica propuesta por Hernández-Suárez (2004), la cual toma en cuenta tres unidades de tratamiento. Se utilizó un modelo cinético de orden variable obtenido por Rodríguez y col. (2009) para la tecnología electroquímica de reducción de Cr(VI). La función objetivo considera las variables de flujo, consumo eléctrico y volumen del reactor, lo cual permite diseñar la estructura particular de tratamiento y el cálculo de sus propiedades al menor costo total anualizado. Por otra parte, el modelo de PNL desarrollado involucra términos no convexos, por lo tanto, el problema puede contener mínimos locales los cuales dificultan la obtención de un óptimo global. La posibilidad de manejar múltiples corrientes residuales y unidades de tratamiento en el sistema, introduce complejidades adicionales y un gran número de posibles configuraciones topológicas. Éstas son algunas de las dificultades que fueron abordadas en este trabajo de investigación con el enfoque de programación matemática.
- Secuenciamiento y control en procesos por lote(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016) Granillo Mendez, Edmundo MartinLas operaciones lote como el secado, mezclado, destilación y reacción son usadas frecuentemente en la industria química para la producción de alimentos, farmacéuticos y otros productos como los polímeros. Una característica principal de esas plantas es la producción de múltiples productos usando el mismo equipo. Por lo anterior, el secuenciamiento de esas operaciones es crucial en ese tipo de plantas. Otro reto importante en procesos por lote es el control, debido a la inherente naturaleza no estacionaria, la no linealidad de sus modelos y complejidad dinámica. En este trabajo se resuelven ambos problemas; secuenciamiento y control de un proceso lote de polimerización de estireno en el cual se obtienen cuatro productos. En el primer problema se determina la secuencia de producción a detalle, los tiempos iniciales y finales de ejecución así como el tiempo total que se requiere para completar un ciclo de producción considerando que el sistema incluye tres unidades de procesamiento. Para el segundo problema se aplica la técnica de control predictivo basado en modelos no lineales (NMPC) a la unidad de reacción del sistema con la cual se obtienen los perfiles de temperatura de cada producto. Esta investigación sirve de base para la integración y solución simultanea de ambos problemas.
- Integración másica en ecoparques industriales: optimización global mediante evolución diferencial(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016) Cantu Medrano, Victor HugoLa problemática actual referente al agotamiento de los recursos naturales ha obligado a la creación de diversas estrategias para la preservación del medio ambiente. Asía ha surgido la novedosa idea del “ecoparque industrial” bajo la premisa de que al combinar varias plantas industriales para compartir mutuamente recursos u otros materiales, energía e infraestructura, se obtienen mayores beneficios, tanto ambientales como económicos, a aquellos obtenidos si cada planta industrial trabajase por separado. En este trabajo la integración másica de procesos, y específicamente, la integración de corrientes de agua con múltiples contaminantes es estudiada. Para la optimización del proceso se utiliza un modelo matemático que describe el funcionamiento de la superestructura del ecoparque industrial, cuyo objetivo es minimizar los costos totales anuales. El problema de optimización resultante es de tipo mixto-entero no lineal (MINLP). Las técnicas de programación matemática generalmente son utilizadas para la optimización de redes de agua en ecoparques industriales. Estas técnicas permiten involucrar una cantidad elevada de plantas de fuentes y de sumideros de procesos incluyendo muchos contaminantes así como consideraciones topológicas y de operación. Sin embargo, hallar la estructura óptima del ecoparque resulta verdaderamente complicado, debido a que el problema es altamente no convexo. Además, la gran mayoría de los métodos reportados no garantizan hallar el óptimo global y utilizan procedimientos de optimización local. Por otro lado, una alternativa a los métodos de programación matemática son las técnicas metaheurísticas de búsqueda. Estas últimas no han sido exploradas aún en esta área de ingeniería de procesos y, por lo tanto su implementación y evaluación constituyen el principal objetivo de este estudio. Específicamente, se implementan diferentes versiones del algoritmo de Evolución diferencial (DE), prestando una atención particular al tratamiento de restricciones de igualdad. Los experimentos numéricos realizados demuestran que los algoritmos desarrollados aunque no alcanzan las soluciones óptimas determinadas por las técnicas de programación matemática permiten obtener resultados de buena calidad, robustamente y en tiempos de cómputo razonables.
- Estudio de la electrodeposición de plata contenida en desechos electrónicos, en un reactor electroquímico(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016) Navarrete Camarena, Leonardo MartinLa explotación de minerales metálicos en México es una de las actividades más antiguas del país, es por ello que la mayoría de los depósitos minerales ricos en oro y plata han sido agotados. La industria minera del país se enfrenta, hoy en día, a la extracción de estos metales preciosos a partir de yacimientos con muy bajos contenidos de plata, pero con contenidos altos de cobre; la recuperación de metales preciosos por lo tanto resulta un costo elevado de inversión para la industria hidrometalúrgica. No obstante, eso, la industria continúa utilizando metales tales como oro, plata, paladio, platino, cobre y níquel, entre otros, para continuar desarrollando otros procesos, motivo por el cual, se trabaja en la búsqueda de alternativas viables y amigables con el medio ambiente. Bajo estos esquemas, en el presente trabajo de investigación se realizó un estudio fundamental de los procesos involucrados en la obtención electroquímica de plata contenida en desechos electrónicos mediante una solución lixiviante de tiourea ácida. Inicialmente, se determinaron los pretratamientos y lixiviación de los desechos electrónicos con el fin de cuantificar la cantidad de plata extraíble. Los resultados obtenidos mostraron que un solo pretratamiento con la composición de 1 M de 𝐻2𝑆𝑂4 y 0.05 M 𝐻2𝑂2 y la lixiviación con composición de 0.4 M de Tiourea, pH 1 y 0.09 M de 𝐻2𝑂2, permitiendo extraer 50 ppm de plata. Una vez establecidas las concentraciones de los pretratamientos y lixiviaciones adecuadas, se establecieron las condiciones para operar el reactor electroquímico Electrocell. Las técnicas electroquímicas, voltamperometría y cronoamperometría fueron aplicadas a las soluciones provenientes de la lixiviación con el objetivo de determinar el potencial, -0.7 V vs SCE en el cual se puede depositar electroquímicamente plata sobre un electrodo de titanio. Con la información obtenida en los estudios en el proceso de separación y los electroanalíticos, se estableció la composición de una solución lixiviante sintética de pH 1, 0.4 M de Tiourea, 50 ppm de 𝐴𝑔(𝐼), la cual se introdujo en un reactor electroquímico con cátodo de titanio, ánodo de cobre, además de una membrana aniónica separando los compartimientos catódico y anódico. El estudio a potencial controlado indicó que es posible la electrodeposición a un potencial de cátodo de -0.7 V vs SCE de plata tanto en cátodo y ánodo, tal y como se muestra en los diagramas tipo Pourbaix.
- Modelado de un reactor de lixiviación para el proceso de extracción de metales contenidos en minerales de baja ley(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016) Juarez Mata, RaulEn el presente trabajo se realizó un estudio hidrodinámico, mediante dinámica de fluidos computacional, Computational Fluids Dynamics, CFD, del comportamiento de dos tipos de impulsores comerciales, uno de alto corte (disco tipo Norstone®) y otro convencional (turbina Rushton estándar). Los resultados obtenidos mediante las simulaciones se validaron con mediciones experimentales de potencia. El estudio se realizó en un tanque agitado con bafles operando en el régimen turbulento, del cual se obtuvo a través de las simulaciones, el parámetro de macro mezclado, de número de potencia. En el sistema experimental se utilizó un mineral de Fresnillo en una concentración de 20% en sólidos en una solución de tiourea. La cuantificación de los metales extraídos, oro, plata y cobre, fue realizada por análisis químico en un Espectrofotómetro de Absorción Atómica, y la morfología de los sólidos sin reaccionar a través de Microscopia Electrónica de Barrido, con el fin de evaluar el desempeño de cada impulsor en la extracción de plata contenida en minerales refractarios o de baja ley. De los resultados experimentales se observa un mejoramiento en el proceso de extracción de plata con el sistema de agitación equipado con el disco Norstone®, el cual es similar al obtenido mediante un tratamiento con ondas ultrasónicas. Los resultados de la simulación fueron utilizados para explicar este fenómeno. Se determinó que, a una misma potencia inyectada, el disco Norstone® induce una mayor disipación de energía alrededor de su volumen barrido, esto con respecto a la Turbina Rushton. Esta diferencia entre las potencias inyectadas por cada impulsor, se traduce también en un incremento en los niveles de extracción de plata cuando se utiliza el disco Norstone.
- Modelado cinético del proceso de obtención de acroleína a partir del glicerol(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016) Flores Gutierrez, Tyreese HumbertoLa alta demanda y la preocupación ambiental que han causado los combustibles fósiles por su consumo, ha estimulado la oferta de combustibles renovables y sustentables como el biodiesel. Actualmente la producción de biodiesel tiene una rápida tasa de expansión anual del 28% en Europa y del 50-80% en Estados Unidos. Sin embargo, el fuerte incremento en la producción de biodiesel ha llevado a la abundancia del glicerol de bajo costo como el principal producto del proceso de transesterificación. Investigaciones recientes indican que la producción de glicerol en el año 2020 excederá seis veces la demanda industrial actual (Talebian-Kiakalaieh et al, 2015), por lo que uno de los principales retos que encara el sector industrial es el poder promover el desarrollo de la industria química para la producción de productos químicos de alto valor agregado a partir del glicerol, con el fin de disminuir la dependencia económica hacia el petróleo, al mismo tiempo que fomente el uso de recursos renovables y amigables con el medio ambiente. Este estudio está enfocado a investigar una de las diferentes aplicaciones útiles que se le pueden dar al glicerol. Uno de los principales productos que se obtienen de la deshidratación de glicerol en presencia de catalizadores ácidos es la acroleína. El estudio cinético de la deshidratación selectiva del glicerol en fase gas, se plantea bajo la necesidad de conocer el comportamiento y el mecanismo de reacción de este proceso, que se lleva a cabo en el régimen de catálisis heterogénea, hay que resaltar que este estudio se centra principalmente en el efecto que produce el catalizador bifuncional Pt/ - Al2O3 (concentración vs tiempo) en la obtención de acroleína en términos de reactivos, intermediarios y productos. El modelado que se desarrolla para este proceso, se simula mediante el uso del software MATLAB y siguió la metodología de ajuste de parámetros por mínimos cuadrados e interpolación cuadrática. Los modelos simulados son de tres pasos (reacción irreversible) y cuatro pasos (reversibilidad en el equilibrio tautomérico, compuestos intermediarios), ambos coincidiendo con lo visto por otros estudios, ya que consideran una deshidratación selectiva en el grupo hidroxilo (OH-) secundario, un equilibrio tautomérico dónde está presente el principal precursor de la acroleína que es el 3 Hidroxipropanaldehído y finalmente una segunda deshidratación. Mediante ambas técnicas se obtuvieron las constantes cinéticas para el proceso.
- Simulación estocástica del proceso de plasticidad sináptica(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016-01) Gutierrez Galindo, Crhistian MiguelEl estudio de los procesos biológicos es de suma importancia en el entendimiento de los sistemas que componen el cuerpo humano y de cómo sus interacciones derivan en una función biológica. Para ello, el desarrollo de modelos facilita la comprensión del comportamiento del sistema. En muchos casos, los modelos son ecuaciones matemáticas derivadas de diagramas que representan las interacciones entre los componentes que conforman al sistema biológico. En el campo de la neurociencia computacional, el modelado matemático y la simulación computacional han sido combinadas junto con la experimentación en laboratorios para el mejor entendimiento de la transmisión sináptica, que es la base fisiológica del funcionamiento del sistema nervioso central. Las neuronas son conocidas como los motores computacionales del cerebro para los cuales la sinapsis es el medio de enlace de las señales químicas y eléctricas. Los diferentes tipos de plasticidad sináptica y las diferentes escalas de tiempo sobre las cuales operan sugieren que la sinapsis tiene un papel clave en el proceso de transmisión de información. Esta tesis se enfoca en proponer un modelo estocástico que permita estudiar la etapa postsináptica del cáliz de Held, el cual describa la interacción entre los canales iónicos y el neurotransmisor. El funcionamiento de los receptores es descrito mediante esquemas cinéticos propuestos en base a datos experimentales ya reportados. Estos esquemas se simularon utilizando algoritmos estocásticos y analizando las distintas escalas de tiempo implicadas para identificar cómo es que cada modelo de estados reproduce las características de facilitación y desactivación que caracteriza a los receptores postsinápticos.
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