Maestría en Ingeniería de Procesos
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11191/6746
Browse
Search Results
- 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.
- Análisis ambiental en el diseño óptimo de un sistema de cogeneración para uso residencial(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016-12) Morales Duran, VictoriaEste proyecto presenta una formulación de optimización multiobjetivo para el diseño de sistemas de cogeneración domésticos que busca satisfacer las demandas de calor y energía eléctrica. El modelo incorpora una función objetivo económico que explica la minimización del costo total anual, incluye los costos de capital para las nuevas unidades y el sistema de almacenamiento térmico, así como los costos de operación y mantenimiento. El modelo también considera la interacción con los usuarios externos y la red eléctrica externa. Se lleva a cabo una evaluación del impacto ambiental basada en el análisis del ciclo de vida a través del método del Eco-indicador 99 para tener en cuenta los daños a los recursos, la salud humana y la calidad del ecosistema. La formulación de optimización se resuelve para generar alternativas de diseño y establecer compensaciones entre los diversos objetivos.
- Diseño óptimo de sistemas de tratamiento sono-fenton para la degradación de paracetamol en efluentes hospitalarios(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2016-12) Hidalgo Muñoz, Monica GuadalupeEl desarrollo de los procesos de oxidación avanzada ha permitido el perfeccionamiento de técnicas capaces de alcanzar altos grados de degradación de paracetamol en tiempos de tratamiento razonablemente cortos. Sin embargo, aún se carece de estudios enfocados hacia la implementación de estos procesos en sistemas de tratamiento de efluentes hospitalarios. El objetivo de este trabajo es el desarrollo de una metodología sistemática para el diseño óptimo de sistemas de tratamiento que incorporan la tecnología de oxidación sono-Fenton para la degradación de paracetamol en efluentes hospitalarios. Para ello, a partir de resultados experimentales reportados en la literatura se obtuvo un modelo cinético de naturaleza empírica. Dicho modelo cinético describe con suficiente precisión el decaimiento de la concentración de paracetamol en función de las concentraciones de hierro II y peróxido de hidrógeno. El modelo cinético empírico se incorporó en un modelo de programación no lineal (PNL) para el diseño de sistemas de tratamiento de efluentes hospitalarios contaminados con paracetamol. El modelo de PNL incluye expresiones para la estimación de costos asociados al proceso sono-Fenton, que permiten minimizar el costo total anual del sistema de tratamiento. En este trabajo se propone, además, una metodología de solución del modelo de PNL que permite explorar el espacio de solución en búsqueda de múltiples soluciones óptimas locales, y resuelve la componente discreta del problema de diseño, evitando así recurrir a modelos y técnicas de solución basada en programación no lineal entera-mixta (PNL-EM). La metodología desarrollada para el diseño de sistemas de tratamiento de efluentes hospitalarios contaminados con paracetamol se aplicó a un caso de estudio que considera flujos y concentraciones de paracetamol típicos reportados en la literatura para instalaciones hospitalarias de capacidad media con aproximadamente 500 camas. Los resultados muestran que, para el caso de estudio abordado, el costo total anual del sistema de tratamiento se ve fuertemente dominado por los costos de capital, y no por el flujo de efluente tratado, como usualmente se asume en la literatura. De hecho, el sistema de tratamiento que opera con tratamiento mínimo de efluente resultó ser el más costoso de los diseños desarrollados en este trabajo. Los resultados también muestran que la concentración de paracetamol máxima pre-establecida en la descarga del sistema de tratamiento tiene un efecto importante sobre el costo total anual del diseño óptimo del sistema, mismo que es del orden de 736,321 USD año-1 para una concentración máxima permitida en la descarga del sistema de 100 μg L-1. Con la metodología de solución propuesta no se detectaron múltiples soluciones óptimas locales para el modelo de PNL aplicado al caso de estudio abordado. La importancia del desarrollo de una metodología para el diseño de sistemas de tratamiento de efluentes hospitalarios contaminados con paracetamol, radica en la potencial aplicación de una legislación ambiental que regule las descargas de fármaco hacia el medio ambiente. El trabajo realizado también proporciona una estimación del costo total anual que representaría la implementación de un sistema de tratamiento especializado para las corrientes efluentes generadas en una instalación hospitalaria.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.