División de Ciencias Básicas e Ingeniería
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- Ingeniería de procesos en equipos de absorción empacada y con membranas para el endulzamiento de gas natural(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2024-09) Romero-Bustamante, Jorge ArturoEl gas natural se ha posicionado como uno de los combustibles alternativos para enfrentar la crisis energética y la disminución de gases de efecto en la atmósfera. Por ende, operar las plantas de endulzamiento de gas natural dentro de las normativas para la obtención de un producto de calidad es de suma importancia. En este proceso, el elevado consumo energético es una de las principales problemáticas que enfrenta actualmente. Esto ha motivado la búsqueda de procesos de mayor eficiencia y de menor costo. En el presente trabajo, se realizó un estudio de ingeniería de procesos en la operación unitaria de absorción con la finalidad de buscar alternativas para la mejora de una planta actualmente en operación. Como alternativa principal se propone la sustitución del equipo de absorción empacado por un equipo de contactor de membranas. Para ello, se parte del modelado de los procesos de absorción para la implementación de trayectorias de optimización y control. Se realizó un análisis de costo-beneficio comparando 3 escenarios: i) operación actual de la planta, ii) operación con proceso de absorción empacado optimizado y controlado y iii) operación con proceso de contactor de membrana optimizado y controlado. Los resultados muestran que las simulaciones realizadas permiten la sustitución teórica de la columna de absorción empacada por un sistema de contactor de membrana con errores menores al 5% respecto a lo reportado por la planta. La estrategia de optimización y control permitió encontrar mejoras en los procesos de absorción reduciendo hasta en 80% el CO₂ y en 70% el H₂S de la corriente de gas natural. El esquema de control basado en la compensación de error de modelado se sugiere como una alternativa potencial para controlar los procesos de absorción. La sustitución teórica de la columna empacada por el sistema de membranas representa una reducción del 44% y el 27% en costos y gasto energético, respectivamente. Lo anterior favorece al desarrollo de conocimiento de frontera para la posible implementación a futuro de esta tecnología de absorción a nivel industrial.
- 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.
- Efecto de la temperatura y el tipo de sal en la cinética de agregación de microgeles cargados de PNIPAM(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2025-02-13) Aguilar Sánchez, Tania MeyalliLos microgeles de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAM) cargados electrostáticamente y dispersos en agua experimentan una transición de volumen al variar la temperatura. Esta transición volumétrica también depende de la concentración y la naturaleza del electrolito presente en el medio. En esta investigación, se observa que los microgeles experimentan una disminución de su temperatura crítica inferior de solución (LCST, del inglés Lower Critical Solution Temperature) al aumentar la concentración de sales como cloruro de sodio (NaCl), fluoruro de sodio (NaF), cloruro de potasio (KCl) y cloruro de litio (LiCl). En contraste, para el tiocianato de sodio (NaSCN), la LCST depende de manera no monótona con la concentración de electrolito. La adición de sal cumple un doble papel en el caso de los microgeles cargados. Por un lado, los iones procedentes de la disociación de la sal afectan la temperatura de transición volumétrica del microgel, mientras que, por otro lado, modifican el potencial de interacción, disminuyendo la repulsión electrostática. Tanto la transición volumétrica como la reducción de repulsiones electrostáticas entre las partículas de microgel contribuyen a la desestabilización coloidal del sistema. La cinética de agregación en estos sistemas se describe mediante la ecuación de Smoluchowski en base a un kernel de agregación. A su vez, el kernel de agregación introduce parámetros que pueden ser interpretados en el marco de la teoría DLVO. Estas herramientas permiten analizar la evolución temporal de la formación de agregados en función de los factores involucrados, temperatura, naturaleza y concentración electrolítica. Los resultados obtenidos mediante esta ecuación destacan una conexión sólida entre la transición de volumen experimentada por el microgel y el fenómeno de agregación presente en estos sistemas.
- Desarrollo y miniaturización de un sensor electroquímico para la determinación de hidrocortisona(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-11) Ramos-Reyes, Giovanni ManuelLa hidrocortisona, HC, es la hormona responsable de la modulación de los sistemas nervioso, inmune y metabólico, su producción depende del adecuado funcionamiento de diversas glándulas y su exceso o deficiencia promueve diversos padecimientos como hipertensión, obesidad, osteoporosis, depresión, entre muchos otros, por lo que es necesario crear métodos que permitan efectuar su determinación de manera rápida y confiable en tratamientos o diagnósticos. Es por ello, que en este trabajo se plantea efectuar su cuantificación mediante espectrofotometría UV-Vis y electroquímica, empleando para ésta última una celda electroquímica miniaturizada, diseñada, construida y funcional para tal fin. El primer capítulo de esta tesis detalla la problemática de la hidrocortisona, repercusiones de su exceso o deficiencia en la salud, así como formas actuales para efectuar un análisis cualitativo, mientras que, los antecedentes de la cuantificación de la HC que abarcan diversas metodologías, el trabajo de respaldo con el que cuenta el grupo de trabajo, así como los objetivos para hacer este proyecto de investigación se presentan en el Capítulo 2. El tercer título está enfocado en el estudio espectrofotométrico de la HC, su estabilidad química, constantes de acidez y su mecanismo de desprotonación, mientras que, siguiendo esta línea, el cuarto presenta un estudio espectrofotométrico orientado hacia la evaluación de la interacción de la HC con la β-ciclodextrina y el Dodecil Sulfato de Sodio, así como la estimación teórica de la factibilidad de la formación del complejo con el oligosacárido. El Capítulo 5, se adentra en la caracterización electroquímica de la señal de reducción de la HC en Electrodos de Pasta de Carbono, EPC, la determinación de sus parámetros electroquímicos y el mecanismo que gobierna este proceso; seguido en el sexto por la evaluación de modificaciones superficiales del EPC con óxido de grafeno, y poli-β-ciclodextrina. El Capítulo 7, introduce métodos espectrofotométricos y electroquímicos para la determinación del corticoide, resaltando los parámetros analíticos alcanzados. El octavo capítulo, se interna en el diseño, modelado y fabricación de la celda electroquímica miniaturizada, así como su desempeño, mientras que, finalmente, el noveno título se centra en la cuantificación de HC en muestras farmacéuticas.
- Diseño de un sistema de humedales artificiales para la recuperación del arroyo Río Puerta Grande CDMX utilizando parámetros hidrológicos, hidrodinámicos, fisicoquímicos, químicos y biológicos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-11-11) Espejo Montes, Fatima de los AngelesLa contaminación ambiental ha causado daños y esto ha generado problemas, como la degradación de cuerpos de agua, tal es el caso del arroyo Río Puerta Grande ubicado al sur poniente de la Ciudad de México, el cual recibe descargas residuales, por lo que el objetivo de este proyecto consistió en diseñar un sistema de tratamiento con plantas macrófitas. Para lograrlo fue necesario realizar varias etapas de investigación. La primera etapa consistió en muestrear siete sitios a lo largo del arroyo, donde se determinaron parámetros fisicoquímicos y biológicos para conocer con mayor detalle la calidad del agua. En cuanto a los resultados analíticos, considerando la norma NOM-001-SEMARNAT-2021, parámetros como sólidos suspendidos totales, coliformes fecales y principalmente DBO (demanda bioquímica de oxígeno) y DQO (demanda química de oxígeno), no cumplieron con la normatividad. Mediante análisis in situ y ex situ de la calidad del agua, considerando Índices de Calidad del Agua (ICA's) con los modelos NSF, de Montoya y de León, la evaluación del agua del arroyo fue respectivamente “Muy contaminada” y “Muy mala” en ambos periodos. Por otro lado, fue necesario conocer el comportamiento hidrológico del arroyo en la microcuenca Tarango para determinar el escurrimiento base de las descargas sanitarias y el escurrimiento directo por lluvia. A partir de los datos obtenidos de los parámetros físicos, químicos y biológicos, se modelaron estos con el software ArcGIS, para obtener mapas de interpolación con el fin de interpretar las áreas con mayor concentración de cada parámetro en las dos estaciones, el color rojo representa las mayores concentraciones y el azul las inferiores, esto fue importante principalmente para OD (oxígeno disuelto), DBO, DQO y coliformes fecales, ya que son los parámetros que serán considerados como contaminantes en este arroyo. Para calcular el escurrimiento directo, el primer paso consistió en utilizar el método del polígono de Thiessen; las áreas de influencia de las estaciones vecinas se obtuvieron con base en las que tienen registros de otros años, ya que la referencia de Tarango, no contiene datos completos para el estudio. La precipitación ajustada se determinó con las Funciones de Distribución de Probabilidad (PDF), donde la Log Normal fue la que presentó el mejor ajuste. En este trabajo ha sido importante a través de los índices de Langelier (𝐼𝑠) determinar la naturaleza del agua en las dos estaciones, ya que este índice permite saber si existen mayores o menores cationes y aniones disueltos o relacionados con el material en suspensión. Se obtuvo la relación de iones metálicos disueltos y particulados, así como sus coeficientes de partición para las dos estaciones, lo cual fue necesario para el modelado. Por otra parte, con la modelación hidrodinámica del cuerpo de agua mediante el software Iber, utilizando las variables velocidad, profundidad, número de Froude y, considerando además la modelación de la calidad del agua del cauce, se logró determinar los valores de lo diferentes parámetros físicos, químicos y biológicos en cada uno de los sitios seleccionados a lo largo del cauce. En cuanto a la parte experimental del diseño del prototipo, se concluye que la planta hidrófita Eichhornia crassipes fue la que mejor remoción dio, por esta razón es la que se puede considerar para su uso dadas sus características adaptativas, ya que no requiere mucho mantenimiento y su reproducción es por cortos períodos de tiempo, para lo cual se propuso como la planta alternativa que se utilizó en este trabajo para diseño final del sistema de tratamiento de humedales con el cual se pretende eliminar los contaminantes DBO y coliformes fecales.
- Electrosíntesis de polímeros conductores utilizando disolventes eutécticos profundos y su aplicación en la electrocatálisis de moléculas orgánicas(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-12) Godoy Colín, EstefaniaEn este trabajo se modificó la superficie de un electrodo de carbón vítreo (GCE) mediante la electropolimerización del 3,4 etilendioxinofeno (EDOT) para formar PEDOT o de la molécula 5-amino-1,10-fenantrolina (5Aphen) para formar Poly5Aphen, a partir de sus respectivos monómeros disueltos en un disolvente eutéctico profundo (Deep Eutectic Solvent). Posteriormente se realizaron electrodepósitos de nanopartículas metálicas de Au (AuNPs) sobre la superficie del electrodo GCE desnudo y sobre la superficie de los electrodos modificados con los polímeros conductores (PCs). Además, se obtuvieron los mecanismos de crecimiento y nucleación electroquímica de las AuNPs sobre los electrodos: GCE desnudo, GCEPEDOT y GCEPoly5Aphen. Los electrodos generados: GCE desnudo, GCEPEDOT, GCEPoly5Aphen, GCEAuNPs, GCEPEDOT/AuNPs y GCEPoly5Aphen/AuNPs se emplearon con la finalidad de evaluar su respuesta electroquímica en la oxidación de dopamina (DA) en presencia de dos de sus mayores interferentes, ácido ascórbico (AA) y ácido úrico (AU). Para ello, se emplearon técnicas electroquímicas como la voltamperometría cíclica (VC), Voltamperometría diferencial de pulso (VDP) y Cronoamperometría (CA). Finalmente, los electrodos estudiados se caracterizaron por microscopia electrónica de barrido (MEB) y espectroscopia de dispersión de energía de rayos X (EDS).
- Evaluación catalítica de ZSM-5 modificada con galio y zinc en la reacción de metanol a hidrocarburos (MTH)(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2023-12) Aguilar González, Luis FaithEn las últimas décadas, los compuestos aromáticos ligeros, especialmente el benceno, el tolueno y el xileno (BTX), se han convertido en un tema de interés de investigación debido a ser considerados intermediarios importantes en la producción de productos químicos de alto valor añadido. Convencionalmente, la mayoría de los aromáticos se producen a partir de unidades de reformado y craqueo catalítico en refinerías causando contaminación ambiental. Dicho lo anterior, se ha despertado el interés por el desarrollo de métodos para la producción de BTX que satisfagan dicha demanda siendo la conversión catalítica de metanol a aromáticos (MTA) sobre zeolitas ácidas un proceso alternativo prometedor partiendo de materias primas más sostenible y renovables como el metanol obtenido a partir de biomasa residual, captura de CO₂, etc. En el presente trabajo se estudió la zeolita ZSM-5 modificada con Ga y Zn como catalizador en la reacción MTA (metanol a aromáticos), una vez demostrado que, la incorporación de dichas especies metálicas en la estructura de la zeolita ZSM-5 puede mejorar la acidez y la porosidad en el material, además pueden ser buenos candidatos para favorecer la capacidad de aromatización en la reacción de MTA y por lo tanto obtener una alta selectividad a la fracción BTX durante el proceso. La zeolita ZSM-5 se sintetizó por el método hidrotérmico y posteriormente se modificó por intercambio iónico con las sales respectivas para introducir el metal (Ga o Zn). Paralelamente, se realizaron análisis de caracterización de estos materiales intercambiados para conocer algunas propiedades fisicoquímicas y texturales, tales como microscopía electrónica de barrido (SEM/EDS), difracción de rayos X (XRD), fisisorción de N₂, desorción a temperatura programada (TPD) y espectroscopía infrarroja de acetonitrilo-d₃ adsorbido. Finalmente, a 450 °C y a tiempos cortos de reacción, la zeolita modificada con Ga presentó los mejores resultados de conversión completa de metanol, en tanto que la zeolita modificada con iones Zn generó mayor selectividad a la fracción BTX (benceno, tolueno y xilenos) (23.06 % mol).
- Determinación de fuentes de PM₂.₅ en la Ciudad de México utilizando modelos de receptor(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-10-11) Millán Vázquez, FernandoEl presente trabajo se enfocó en caracterizar a las especies orgánicas e inorgánicas de los aerosoles atmosféricos PM2.5 colectadas sobre filtros de cuarzo en equipos High Vol en la Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco (UAM) rodeado por una zona industrial, residencial y vías transitadas, en la estación de monitoreo en la Merced (MER) rodeada de actividades comerciales y residenciales con alto tránsito vehicular durante las tres temporadas que se presentan en el año, seca fría de noviembre a febrero, seca caliente de marzo a junio y lluvia de julio a octubre. Las especies carbonáceas se determinaron por la técnica termo-óptica TOT-NIOSH y los iones inorgánicos solubles en agua se obtuvieron por cromatografía líquida en el Instituto de Ciencias y Cambio Climático en la UNAM. El análisis elemental se realizó por espectrometría óptica de plasma acoplado inducido (ICP-OES) y la concentración de los HAPs se determinó mediante cromatografía de gases acoplada a masas (GC-MS). Los estudios realizados son pocos y aislados, por lo que este trabajo tuvo una novedosa aportación en la determinación de la contribución de emisiones contaminantes de los distintos tipos de fuentes de partículas, así como conocer la variación temporal y espacial de las concentraciones de las especies tóxicas presentes en la atmósfera de la Ciudad de México. Con ello, la autoridad ambiental tendrá datos certeros sobre las fuentes que deben ser controladas, finalmente, se tienen resultados independientes del inventario de emisiones de la Ciudad de México.
- Impacto en la calidad del aire por la operación y ampliación del recinto portuario de Veracruz, México(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-09-24) González Rivera, Ana IsabelEl puerto de Veracruz es importante porque permite establecer rutas comerciales con países europeos, Estados Unidos y países de América Latina. En contraparte, los problemas de emisiones de contaminantes atmosféricos se incrementan y por consiguiente podrían presentar un riesgo ambiental y a la salud. Se realizó este trabajo de investigación con el objetivo de determinar el impacto ambiental en la calidad del aire debido a la operación y ampliación del Recinto Portuario de Veracruz. La metodología de investigación se realizó de 2019 a 2020, iniciando con la estimación de emisiones aplicando factores de emisión (FE) para CO₂, CH₄, CO, SO₂, PM₁₀, PM₂.₅, PST, NOX y HCNM, provenientes de los buques en etapa de hotelling y maniobra atracados en el puerto. Las emisiones estimadas se reportan en kg/año para CO₂; 31,177 en 2019 y en 2020 de 29,003. Las mayores concentraciones de emisiones estimadas para CO₂, NOx y SO₂ se presentaron en la etapa maniobra; específicamente para los buques portacontenedores, graneleros y tipo tanque. El CH₄ presentó las estimaciones más bajas en el período de estudio 0.294 kg/año en 2019 y 0.273 kg/año en 2020.
- Electrodepósito de Neodimio a partir de desechos electrónicos empleando disolventes eutécticos profundos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2024-05-20) Hernández Pérez, DavidEn este trabajo se estudió la electrodeposición de neodimio (Nd) a partir de imanes permanentes de Nd-Fe-B, utilizados en discos duros de computadora que han llegado al final de su vida útil, se realizaron los estudios utilizando como electrodo de trabajo carbono vítreo (GC) empleando un Disolvente Eutéctico Profundo (DES) compuesto por cloruro de colina y urea conocido como (reline), además un segundo de cloruro de colina y etilenglicol (ethaline). Las técnicas electroquímicas empleadas para dicho estudio son: primero el uso de voltamperometría cíclica con la finalidad de determinar potenciales de reducción de neodimio, posteriormente mediante cronoamperometría se aplicaron pulso de potencial constante en la zona catódica determinada con la técnica anterior para obtener los transitorios potenciostáticos de densidad de corriente a un tiempo fijo de 10 segundos. Se utilizaron las temperaturas de trabajo de 25, 40 y 70°C. Con modelos físico matemáticos se calcularon parámetros cinéticos analizando las familias experimentales de transitorios potenciostáticos de densidad de corriente a las diferentes temperaturas, los cuales son: el coeficiente de difusión, D, frecuencia de nucleación, A, además de la densidad numérica de sitios activos, N0. Finalmente se caracterizaron mediante la técnica de microscopia electrónica de barrido (SEM), y espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDX) la microestructura de las partículas metálicas y la composición elemental de los depósitos de Nd sobre el electrodo de carbono vítreo.