Maestría en Ingeniería de Procesos
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- Estudio electroquímico sobre el efecto de tiourea y sacarina en el galvanizado de Zn-Ni en acero al carbón(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2026) Cruz Enríquez, PatriciaLa electrodeposición de aleaciones zinc-níquel (Zn-Ni) es una alternativa para la protección del acero al carbón contra la corrosión en sectores industriales como la aeronáutica y automotriz. No obstante, este proceso presenta desafíos en el control de la homogeneidad de los depósitos. Este estudio evalúa el efecto de los aditivos orgánicos (sacarina 0.024 M y tiourea 0.001 y 0.01 M) en la electrodeposición de Zn-Ni a partir de un baño ácido de cloruros, variando parámetros como el potencial aplicado (-1.350 V a -1.700 V) y el tiempo de deposición (5-30 minutos). Los resultados muestran que los aditivos modifican significativamente la cinética de deposición y la morfología final. La sacarina permitió obtener recubrimientos con estructura hexagonal definida y granos finos (1 μm) a potenciales menos negativos (-1.420 V), reduciendo el tiempo de electrólisis y mejorando la uniformidad. Por su parte, la tiourea, aunque requirió potenciales más negativos (-1.500 V a -1.700 V), generó recubrimientos con mayor dureza tipo Vickers. La caracterización mediante SEM y EDS confirmó la influencia de los aditivos en la composición y morfología de los depósitos. La incorporación de sacarina y tiourea impactan en el proceso de galvanizado de Zn-Ni ofreciendo una alternativa para mejorar la calidad de los recubrimientos, así como propiedades mecánicas, con potencial aplicación como tratamientos anticorrosivos.
- Optimización de la planeación energética mediante cómputo cuántico y clásico: Un estudio enfocado al contexto mexicano(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2026-01) Ávila Jaimes, Jesús EduardoEl presente trabajo aborda el problema de la optimización de la planeación energética, centrándose específicamente en las regiones de Baja California y Baja California Sur. Para ello, se emplea un enfoque hibrido de optimización que combina computo clásico y computo cuántico mediante el Algoritmo de Optimización Aproximada Cuántica (QAOA, por sus siglas en inglés). En primer lugar, se presentan los elementos fundamentales de la investigación, incluyendo la descripción del problema, la motivación, la justificación, los objetivos, la hipótesis y la metodología propuesta. Posteriormente, se revisan trabajos relacionados con la temática del estudio, así como conceptos básicos necesarios para el desarrollo y comprensión del marco teórico y metodológico. A continuación, se expone una descripción general del Sistema Eléctrico Nacional, para posteriormente centrar el análisis en la península de Baja California como casos de estudio. En esta sección se presentan los datos técnicos de las unidades generadoras de cada región, así como la demanda energética correspondiente a un día seleccionado con fines de análisis del caso de estudio. Posteriormente, se describe la metodología empleada, acompañada de la formulación matemática y computacional necesaria para resolver el problema central de esta investigación. Con la metodología definida y aplicada, se presentan los resultados obtenidos mediante el algoritmo de optimización hibrido basado en QAOA, los cuales se comparan con las soluciones obtenidas a través de métodos de optimización clásica utilizando solvers como GLPK. Finalmente, se discuten de manera sintética los principales hallazgos relacionados con la aplicación del cómputo cuántico, mediante el algoritmo QAOA, en la optimización de la planeación energética. Asimismo, se identifican las limitaciones actuales y los aspectos que requieren mejoras para que los algoritmos basados en computación cuántica puedan superar, en el futuro, a los enfoques clásicos convencionales.
- Desarrollo de un catalizador para una celda seca de H₂ usando un cátodo de Co-Ni sintetizado a partir de baterías de Ni-Cd(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2023-07) Villa, OscarLa quema de combustibles fósiles emite gases de efecto invernadero nocivos que contribuyen al cambio climático y a la contaminación atmosférica, que tienen efectos adversos sobre los ecosistemas, la salud humana y el medio ambiente. Por ello, estas cuestiones constituyen importantes retos mundiales. Una posible solución es decantarse por el hidrogeno, ya que puede utilizarse en celdas de combustible, donde reacciona con el oxígeno para generar electricidad, emitiendo solo vapor de agua como subproducto, o puede quemarse en motores de combustión interna fabricados específicamente para hidrogeno, que también producirán solo vapor de agua. El hidrogeno es una alternativa sostenible que puede producirse en abundancia y de forma sostenible, reduciendo las emisiones, previniendo el cambio climático y fomentando la independencia energética. En el presente estudio, se ha investigado el uso de celdas secas para la generación de hidrogeno mediante la electrolisis del agua, con el propósito de mejorar la producción de hidrogeno y reducir los costos asociados a los electrodos. En particular, se ha examinado el comportamiento del co-depósito de Co-Ni sobre acero al carbón como cátodo en lugar del acero inoxidable 304, que es el material convencionalmente utilizado. además, durante el desarrollo de esta investigación se han explorado diversas condiciones de deposición electroquímica, empleando tanto corriente directa como corriente pulsada. La justificación detrás de esta exploración radica en la obtención de una distribución más uniforme de la corriente, lo cual podría conducir a una generación de hidrogeno más eficiente. Asimismo, se persigue encontrar el conjunto optimo de parámetros para ambas técnicas, de manera que se maximice la producción de hidrogeno y se minimicen los efectos secundarios indeseados.
- Estimación paramétrica y control del proceso de secado de productos agroindustriales en un secador hibrido solar-gas tipo túnel(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2024-07) Sampedro Cruz, MarioEl secado se ha vuelto una de las alternativas más importante para aumentar la vida útil de los productos agroindustriales. Se han realizado estudios en los que se modela el proceso con la finalidad de diseñar controladores que permitan mejorarlo. Estos controladores cuentan con una serie de parámetros importantes que se requieren estimar. En esta idónea comunicación de resultados o tesis se abordan los temas de (1) la estimación paramétrica de la cinética de secado desde un enfoque algebraico en el dominio del tiempo, y (2) el control del proceso de secado utilizando planificación de trayectorias. Para lograr la estimación se utilizó el marco teórico de identificación algebraica propuesta en 2003 por Fliess y Sira la cual no ha sido utilizada en el ámbito del secado. Mientras que, para el control del proceso se implementaron 3 controladores, un control no lineal basado en linealización por retroalimentación de estado, un control de 2 etapas y un control de modo deslizante. En cuanto a los resultados obtenidos, en la estimación en línea de los parámetros de la cinética de secado se obtuvieron valores con errores menores al 1.5% en tiempos de 0.2-10 min, permitiendo utilizarlos en el desarrollo de los controladores. Por su parte, la respuesta de los controladores ante el cambio de parámetros fue muy buena, demostrando una gran robustez ante las perturbaciones y logrando seguir las trayectorias planificadas.
- Evaluación químico-cuántica y experimental de la degradación fotocatalítica del colorante negro reactivo 5(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2024) Escárcega-Ramírez, Clara GuadalupeEl uso de catalizadores en la degradación de colorantes en sistemas acuosos ha sido objeto de una intensa investigación debido a la toxicidad que generan estos contaminantes. Este estudio tiene como objetivo evaluar el efecto de la actividad fotocatalítica de catalizadores basados en TiO₂, sometidos a ultrasonido a diferentes de frecuencias y diversos grados de hidrólisis durante el proceso de síntesis. Para la síntesis de TiO₂ mediante el método sol-gel, se utilizó ultrasonido de frecuencias 250 y 1000 kHz, junto con hidrólisis completa (H₂O/alcóxido=8) e incompleta (H₂O/al-cóxido=0.5). La actividad catalítica de cada catalizador se evaluó mediante la medición de la degradación del colorante Negro Reactivo 5, con una concentración inicial de 5 ppm. Los resultados indican que el catalizador sintetizado con ultrasonido a 1000 kHz y con hidrólisis completa presenta una degradación del colorante en un tiempo más corto (27.5 minutos) en comparación con el catalizador sintetizado sin ultrasonido (40 minutos), bajo la misma proporción H₂O/alcóxido. Las caracterizaciones realizadas en el microscopio electrónico de barrido (SEM) muestran claramente la formación de esferas, especialmente en los catalizadores con hidrólisis completa, sintetizados con y sin ultrasonido. En los espectros UV-Vis DRS, la banda de absorción intrínseca de TiO₂ en la región ultravioleta que presenta el fotocatalizador con hidrólisis incompleta y ultrasonido a 250 kHz sugiere una mayor actividad catalítica potencial en esta región. No obstante, la determinación de la energía del gap revela que, aunque tiene una energía de gap más baja (2.76 eV), otros factores, como el área de superficie, también influyen en la su actividad. Para optimizar los procesos de degradación de contaminantes, es crucial comprender las rutas de reacción y los subproductos generados para asegurar que sean menos tóxicos que el contaminante original. En esta investigación, se realizó un estudio teórico utilizando la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) para analizar la reactividad del colorante Negro Reactivo 5 (RB5) frente a radicales hidroxilo (•OH). Los cálculos revelaron que el confórmero trans de RB5 es más estable que el cis y que todas las rutas de adición del radical •OH en medio acuoso son exotérmicas y exergónicas, destacándose las trayectorias 7 y 1 por su mayor favorabilidad termodinámica y la formación de productos hidroxilados altamente estables.
- Diseño de mezclas de líquidos iónicos para la captura de CO₂ utilizando simulación de dinámica molecular y Optimización Bayesiana(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2024) DE LA TORRE CANO, DULCE MARIALas emisiones de CO₂ a la atmósfera se han convertido en una preocupación mundial en los últimos años. La cantidad de CO₂ generada en los procesos de postcombustión ha atraído la atención de la comunidad científica internacional. Algunos procesos utilizan alcanolaminas para absorber CO₂; sin embargo, su volatilidad incrementa el costo del proceso. Una alternativa a esta limitación es el uso de líquidos iónicos (LIs) como disolventes en el proceso de absorción de CO₂. Una característica importante de los LIs es que su presión de vapor es extremadamente baja, lo que los hace prácticamente no volátiles. En este trabajo, se empleó la Simulación de Dinámica Molecular (SDM) para calcular la capacidad de absorción de una mezcla de LIs, y se utilizó un enfoque de diseño de experimentos guiado por Optimización Bayesiana (OB) para encontrar una mezcla óptima de LIs que maximice la cantidad de CO₂ capturado. La metodología aplicada contribuye a reducir el número de experimentos numéricos y, por ende, el tiempo de cómputo. La mezcla de LIs analizada fue [BMIM][NTF₂] y [EMIM][SCN] (1-etil-3-metilimidazolio bis(trifluorometilsulfonil)imida y 1-etil-3-metilimidazolio tiocianato) debido a su conocida eficacia como absorbentes. Con solo 12 simulaciones, se logró determinar la composición de la mezcla de LIs que absorbe la mayor cantidad de CO₂. Los resultados obtenidos motivan a continuar explorando otras mezclas de LIs que puedan absorber mayores cantidades de CO₂.
- 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.
- 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.