Maestría en Ingeniería de Procesos
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- Diseño óptimo de un proceso de captura de CO2 mediante un sistema de reactores rotatorios(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-03) Aguilar Cardoso, Julio DavidLa intensificación de procesos ha sido una herramienta empleada en diferentes campos de estudio como el de energía, ingeniería química y de procesos, con la finalidad de reducir costos de diseño y operación. El proceso de captura de CO2 ha sido estudiado bajo las condiciones de intensificación presentando buenos resultados. El presente trabajo presenta la solución a un problema de minimización de costos de diseño y operación de una planta piloto de captura de bióxido de carbono, la cual usa reactores rotatorios para la captura del gas y la regeneración del absorbente (Monoetanolamina). El diseño óptimo de la planta tiene como objetivo encontrar el tamaño adecuado para los equipos principales del proceso como son los reactores rotatorios y el intercambiador de calor. La solución de este problema se realiza a través de la selección de modelos matemáticos representativos de los equipos utilizados obtenidos de la literatura, así mismo se localizan restricciones importantes para el correcto y verdadero funcionamiento de la planta; además se comparan los resultados obtenidos con los de una planta que utiliza columnas de absorción y desorción. Los resultados revelan una reducción de tamaño significativa, en contraste, los costos de operación incrementan. Sin embargo, el costo total se reduce considerablemente.
- Estudio hidrodinámico de tanques agitados para la producción de recubrimiento blanco base agua(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-09) Herrera Mendoza, Adriana PamelaEn el presente trabajo se realizó un proyecto de vinculación universidad-industria en el que se compara el desempeño hidrodinámico de tres impulsores existentes en tanques agitados en una planta de manufactura de pinturas de la empresa Axalta Coating Systems. Estos son, impulsor de cuatro paletas inclinadas a 45° (PBT4), impulsor de seis paletas inclinadas a 35° (PBT6), e impulsor de alta eficiencia de tres paletas inclinadas y puntas curveadas tipo Chemineer (HE3). Para ello se utilizó Dinámica de Fluidos Computacional y mediciones experimentales de consumo de potencia. El estudio se realizó en un tanque cilíndrico de 4 litros operando en régimen turbulento (número de Reynolds mayor a 14,000) usando dos tipos de fluidos; agua y recubrimiento blanco fluidos newtonianos y adelgazantes. En todas las simulaciones y validaciones experimentales se mantuvo la similitud geométrica con las condiciones existentes en planta. Se realizó un análisis de independencia de malla, comparando mallas con un incremento del doble de números de elementos, en la cual se eligió la de menor variabilidad de las propiedades hidrodinámicas respecto a la anterior. Una vez obtenida la malla independiente se obtuvieron los campos de velocidad, la dependencia de los números de potencia (NP) y de bombeo (NQ) de cada uno de los impulsores en estudio a diferentes condiciones de operación similares a las existentes en planta. Se encontró que en régimen turbulento tanto para el fluido newtoniano como el no newtoniano, el número de potencia es mayor para el impulsor PBT4 y el menor para el PBT6. Para ambos fluidos, el número de bombeo fue mayor para el impulsor PBT4 y el menor se obtuvo para el PBT6. La relación de efectividad de mezclado (NQ/NP) que se encontró es que el impulsor HE3 de Chemineer tiene el mayor valor para el fluido newtoniano, mientras que para el fluido no newtoniano, los valores son muy similares para los impulsores PBT4 y HE3. Para el caso de estudio específico de este trabajo se concluyó que para la homogeneización de un recubrimiento blanco manufacturado en la empresa Axalta Coating Systems utilizando los impulsores PBT4 y HE3 tendrían un desempeño muy similar, mientras que el impulsor PBT6 tendría el peor desempeño. Considerando que el impulsor PBT4 es un agitador de propósito general y puede usarse en una gran cantidad de aplicaciones, y además, es más fácil de manufacturar y su costo es más bajo, se tendría que el agitador PBT4 exhibe un mejor desempeño que el impulsor HE3.
- Simulación CFD de la hidrodinámica de un reactor anaerobio de lecho fluidizado inverso(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021-01) Rodríguez Pérez, HugoEn la presente tesis se estudió la hidrodinámica no estacionaria de un reactor de lecho fluidizado inverso (RLFI) operando en el régimen laminar empleado para el tratamiento anaerobio de aguas residuales de la industria cervecera, mediante técnicas de dinámica fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés). El reactor analizado fue caracterizado experimentalmente previamente por Alvarado-Lassman et al. en 2008, trabajo del cual se tomaron los datos experimentales de expansión del lecho de sólidos para la validación de las simulaciones a las condiciones de operación reportadas. Se construyeron dos modelos computacionales en 2 y 3 dimensiones (i.e. 2D y 3D), con sus respectivos análisis de independencia de malla, en donde para el modelo 2D se realizó un estudio del efecto del paso de tiempo en los resultados numéricos. Para modelo 2D, se realizaron pruebas empleando los modelos de arrastre de Syamlal y O'Brien (1989) y de Gidaspow (1994). Se encontró que el modelo de arrastre de Syamlal y O'Brien (1989) exhibe una mejor aproximación de la expansión de lecho a las distintas condiciones de operación reportadas por Alvarado-Lassman y colaboradores en 2008. Usando estas simulaciones 2D, fue posible obtener una descripción de los patrones de flujo, perfiles de tasa de corte y fracción volumen de sólidos, además de la caída de presión en el reactor. Se encontró que ambos modelos (i.e., 2D y 3D) producen resultados muy similares de expansión final del lecho y de la porosidad de la cama; sin embargo, los valores de la velocidad promedio en ambas fases presentan diferencias significativas a velocidades de alimentación superiores a 8 m/h. Los modelos computacionales propuestos pueden ser de gran utilidad para el análisis de este tipo de rectores, dando que se tiene la posibilidad de estudiar su comportamiento a cualquier escala, permitiendo con esto una mejor comprensión de su hidrodinámica y del efecto de las condiciones de operación evaluadas sobre su desempeño hidrodinámico.
- Recuperación de indio a partir de paneles LCD de desecho usando ácido acético como agente lixiviante(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-08) Becerra Sánchez, Guadalupe YunnuenEl avance tecnológico ha traído consigo una alta demanda y el constante reemplazo de los aparatos electrónicos. Muchos de estos aparatos tecnológicos (e.g., celulares, tablets y televisores, computadoras) emplean indio en forma de óxido de indio y estaño (ITO) para la fabricación de las pantallas de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés). El indio es un elemento que no abunda en la naturaleza, este se obtiene principalmente mediante un proceso secundario en la extracción de óxido de zinc. En el 2019 se produjeron alrededor de 760 toneladas métricas de indio en todo el mundo (Garside, 2020). Por todo lo anterior se ha vuelto necesario proponer nuevos métodos de recuperación del indio a partir de desechos electrónicos. En este trabajo se evalúa un proceso de recuperación de indio, el cual resulta viable tanto desde el punto de vista económico como ambiental. Se desarrolla un proceso de lixiviación de indio usando ácido acético como agente lixiviante. Las pantallas, principalmente de computadora, fueron desmontadas y reducidas hasta un tamaño <200 mesh, esto mediante el uso de un molino de perlas de circonio. De acuerdo con los diagramas obtenidos mediante el programa MEDUSA la lixiviación se produce a un pH de 4, por lo se ajustó con una solución de acetato de sodio. Para cada 5 g de muestra sólida se empleó un a solución de 250 ml de ácido acético 0.5 M, mientras que como agente reductor se empleó tiosulfato de sodio al 0.1 M. Las pruebas se realizaron a tres temperaturas diferentes: 25 ºC, 60 ºC y 80 ºC, bajo las mismas condiciones de operación. A 80 ºC se obtuvo la mayor extracción de la especie de interés después de 24 h, que fue de 320 mg por cada kg de muestra sólida. En este proceso de recuperación de indio se obtuvo un porcentaje de extracción de aproximadamente 70%. Para explicar la cinética del proceso de lixiviación se empleó el modelo cinético de núcleo decreciente sin formación de ceniza. Se encontró que la etapa que controla el proceso es la difusión a través de la capa de fluido, en donde según el número de Damköler el proceso está controlado por la reacción en la superficie del sólido.
- Proceso de hidrodesoxigenación de anisol sobre catalizadores de Ni-Ru soportado en TiO2(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-09) Ortiz Santos, EdgarEn este trabajo se determinó la actividad y selectividad de catalizadores monometálicos Ni, Ru y bimetálicos NiRu soportados en TiO2 (P-25) y SBA-15 en la HDO de anisol. Además, se realizó un estudio del efecto de las condiciones de reacción (T=250-350 °C, CA= 0.1-0.3 mol·L-1) en NiRu/TiO2 con el fin determinar la mayor selectividad para la obtención de productos desoxigenados y proponer un modelo cinético. Finalmente se realizó modificaciones en cuanto a la carga metálica de Ni a contenidos de 0.5, 1 y 5 % en peso de metal con el sistema NiRu/TiO2. Los catalizadores fueron preparados por impregnación en humedad incipiente a partir de soluciones de Ni·(NO3)2·6H2O y Ru·(NO)(NO3)3 como precursores metálicos, a un contenido nominal de rutenio 0.5 % y 5% peso de metal en níquel. Además de los catalizadores bimetálicos, se impregnaron de manera individual los metales de Ni y Ru con los soportes TiO2 y SBA15. Los catalizadores monometálicos de Ni y Ru soportados en SBA15 mostraron velocidades iniciales de reaccion de 3.3x10-5 y 1.85x10-5 mol·gcat·s-1, respectivamente, en la HDO de anisol. Al combinar ambos metales la velocidad se incrementó hasta el valor de 7.92x10-5 mol·gcat·s-1 superando la actividad de los catalizadores monometálicos dos veces más grande para Ni/SBA15 y cuatro para Ru/SBA15 lo que sugiere un efecto de promoción entre Ni y Ru. Por último, cuando se utilizó TiO2 como soporte, el Ni presentó una velocidad inicial de 2.0 x10-5 mol·gcat·s-1. Al evaluar el catalizador monometálico de Ru la velocidad observada fue de 8.3 x10-5 mol·gcat·s-1. con la adición del segundo metal, la velocidad fue 45% menos favorable comparado con Ru/TiO2 y 50% más grande que Ni/TiO2 mostrando un efecto desfavorable al combinar ambos metales. Finalmente, la selectividad cambio por el tipo de catalizador y soporte, los catalizadores de Ru/TiO2, Ru/SBA15 y NiRu/TiO2 obtuvieron como producto principal benceno lo que indicó que la ruta preferente para este tipo de sistemas fue la demetoxilación (DMO). Por último, para los catalizadores Ni/TiO2, Ni/SBA15 y NiRu/SBA15 la vía prioritaria fue la hidrogenación (HYD) por su alto contenido en metoxiciclohexano.