Doctorado en Ingeniería - Sistemas Energéticos

URI permanente para esta colecciónhttps://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/82558

Examinar

Mostrando 1 - 20 de 71

Desarrollo de un modelo con análisis dimensional y machine learning a partir de la operación real de turbinas Francis en flujo con sedimentos
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-11-16) Ospina Montoya, Álvaro León; Chejne Janna, Farid; Vélez Restrepo, Juan Manuel; ; Chejne, Farid [0000000304457609]; Velez, Juan Manuel [0000-000316764286]
El objetivo de la presente tesis fue generar un modelo de interacción dinámica entre los parámetros operativos de la central, para optimizar el funcionamiento la turbina Francis sometida a flujo con presencia de material abrasivo, mejorar su eficiencia y extender su vida útil. Como resultado principal se obtuvo un modelo de regresión lineal con una precisión (R2-Test = 0,994) y una serie temporal ARIMA con ajuste (R2-Test =0,999), que demuestra la ventaja de combinar principios físicos con análisis avanzados de datos. Otro resultado novedoso fue la derivación de un número adimensional de desgaste, a partir de las ecuaciones de los trabajos de Tesuguo y Truscott, que permitió establecer que, en las pequeñas centrales a filo de agua, la tasa de desgaste es mayor. Un hallazgo importante, fue determinar que la mayor tasa de desgaste abrasivo en materiales dúctiles se presenta con un ángulo de impacto del flujo de entrada a la turbina, entre 20º y 30º; lo cual cuestiona a los fabricantes de estas turbinas quienes diseñan los rodetes a partir de un ángulo de entrada de 22º buscando la máxima eficiencia. Para lograr los resultados se utilizó la información histórica de las variables de operación de la PCH La Herradura en un período de más de una década: caudal, salto, potencia, velocidad, energía generada, tiempo de operación, densidad, que son las variables que controlan el funcionamiento hidráulico de la central. (texto tomado de la fuente)
Desarrollo de puntos cuánticos libres de metales pesados con diferentes longitudes de emisión a partir de residuos agroindustriales del departamento de Nariño para su implementación como trazadores multidisciplinarios
(Universidad Nacional de Colombia, 2026-06-04) Rosales Delgado, Stephania; Franco Ariza, Camilo Andrés ; Pérez-Cadenas, Agustín Francisco; [0000039765]; [6gNqDE0AAAAJ&hl]; [0000-0002-9229-8427]; Fenómenos de Superficie Michael Polanyi
En la presente tesis doctoral se presenta la síntesis y caracterización de diferentes puntos cuánticos de carbono, el enfoque para la obtención de estos nanomateriales fue el uso de protocolos de síntesis de carbonización simples sin la inclusión de metales pesados, pero buscando la modulación de sus propiedades ópticas, enfocándose en longitudes de onda de emisión variables para su posterior aplicación en áreas multidisciplinarias. También se consideró la sustitución parcial o total de los precursores de carbono por residuos de la agroindustria colombiana, con un especial enfoque en los residuos producidos en la zona sur del país. La comprensión completa de las propiedades que gobiernan las propiedades optoelectrónicas de los puntos y una optimización de las estrategias para la obtención de cuánticos de carbono con longitudes de onda sin la inclusión de metales pesados posibilita su uso de manera segura en múltiples aplicaciones, además el escalado de la producción con un enfoque de economía circular conducirá a su aplicación de manera extendida y segura en diferentes ámbitos. La presente Memoria se encuentra divida en siete (7) capítulos los cuales contienen los resultados experimentales obtenidos y su discusión respectiva en torno a los diferentes desarrollos presentados para la obtención, caracterización, evaluación de la toxicidad, escalado y aplicación de los diferentes puntos cuánticos desarrollados. El primer capítulo se presenta como una revisión de literatura la cual se presenta como un copilado de cinco secciones. La primera presenta la clasificación, descripción y distinción de los diferentes tipos de materiales cuánticos, enfatizando diferencias estructurales significativas. La segunda sección profundiza en los puntos cuánticos de carbono, detallando las rutas de síntesis y presentando los mecanismos y variables considerados en cada caso. La tercera sección explica en detalle la estructura química, la estabilidad y los comportamientos ópticos relacionados. La cuarta sección destaca las aplicaciones más relevantes de los CQDs. En la quinta sección se discuten los desafíos y perspectivas. Presentada para poner en contexto al lector de la presente Memoria. A continuación, en el capítulo dos se estudia la influencia de la naturaleza química de las fuentes de nitrógeno en las propiedades ópticas de los puntos cuánticos de carbono y evalúa su idoneidad para diversas aplicaciones industriales mediante una serie de pruebas de estabilidad. Se identifico a la etilendiamina y 1,2-fenilendiamina como las fuentes más efectivas de nitrógeno. Estos precursores no solo logran una mayor densidad de dopaje, sino que potencian el rendimiento cuántico de fluorescencia de hasta en un 220%, gracias a la formación de dominios conjugados sp2 (enlaces C=C) que optimizan la deslocalización electrónica. A pesar de estos cambios drásticos en la eficiencia lumínica, las propiedades estructurales como el tamaño de partícula y la estabilidad térmica permanecen constantes independientemente del precursor utilizado, lo que facilita la estandarización del material para aplicaciones industriales. En términos de robustez, los puntos cuánticos exhiben una excepcional resistencia a condiciones adversas, manteniendo hasta el 90% de su intensidad inicial frente a la fuerza iónica y el almacenamiento prolongado, lo que asegura su funcionalidad en entornos hostiles. Los hallazgos de este capítulo subrayan que la selección estratégica de la fuente de nitrógeno permite sintonizar el desempeño optoelectrónico de los puntos cuánticos de carbono, garantizando una alta eficiencia lumínica sin comprometer la estabilidad físico-química necesaria para su implementación práctica El tercer capítulo se centra en establecer las relaciones estructura–propiedad que rigen la modulación de la emisión en puntos cuánticos de carbono libres de metales pesados, para esto se exploró sistemáticamente la síntesis de CQDs variando los precursores mediante carbonización por microondas e hidrotermal. En particular, se utilizó ácido cítrico o acético como fuente de carbono, fenilendiamina o urea como fuente de nitrógeno, y agua o Dimetilformamida (DMF) como disolvente. Los CQDs sintetizados se caracterizaron mediante espectroscopía de fluorescencia, análisis elemental, FTIR, XPS, XRD, TEM, DLS, absorción UV–Vis y potencial Zeta, con el fin de correlacionar las propiedades fisicoquímicas con el comportamiento óptico. Además, se evaluó su estabilidad bajo distintas fuerzas iónicas (NaCl y BaCl₂) y condiciones de pH, así como su biocompatibilidad mediante una prueba LUMIS-Tox con Vibrio fischeri (NRRL-B-11177) como organismo modelo. Los puntos cuánticos carbonizados por microondas mostraron principalmente emisión violeta-azul. En contraste, aquellos carbonizados hidrotermalmente exhibieron fluorescencia independiente de la excitación que abarca un amplio espectro visible, desde violeta hasta amarillo (389–583 nm). Esta emisión desplazada al rojo se correlacionó con un mayor contenido de nitrógeno piridínico y grupos carbonilo en los CQDs hidrotermales funcionalizados con fenilendiamina y urea, lo que sugiere una mayor conjugación y una menor confinación cuántica. Todos los puntos cuánticos demostraron una notable estabilidad, manteniendo más del 90 % de su intensidad relativa de fluorescencia bajo alta salinidad y a pH ≥ 8,0. De manera crucial, todas las muestras sintetizadas resultaron no tóxicas a concentraciones de hasta ≤100 ppm. Estos hallazgos demuestran que modificaciones simples, como el uso de Dimetilformamida en lugar de agua como disolvente y la selección adecuada de fuentes de nitrógeno (m-fenilendiamina o urea), ofrecen una vía sostenible y eficiente para modular las propiedades optoelectrónicas de los CQDs, garantizando que sean estables y biocompatibles para su uso en escenarios multidisciplinarios. Una vez se obtuvieron los diferentes CQDs, en el capítulo cuarto se presenta una evaluación multisistémica integral de la biotoxicidad de tres trazadores, presentado a manera de estudio comparativo se seleccionó uno de los puntos cuánticos sintetizado a partir de ácido cítrico y etilendiamina “N-CQD”, también se utilizó una muestra comercial de puntos cuánticos de cadmio-telurio “CdTe-QD” y un trazador convencional basado en derivados de ácido benzoico “SB-tracer”. La biotoxicidad se evaluó en tres niveles de organización: ADN, celular y sistema eucariota multicelular, utilizando respectivamente el ensayo del cometa y pruebas de aberraciones cromosómicas, ensayos de citotoxicidad y perfiles de crecimiento vegetal. Los resultados revelaron un daño significativo en el ADN inducido por CdTe-QD y SB-tracer, con valores de momento de cola de oliva (una medida de degradación del ADN) hasta 15 veces mayores que los observados para N-CQD en el ensayo cometa. La citotoxicidad mostró una concentración inhibitoria media (IC50) > 1000 mg·L⁻¹ para N-CQD, 4.86 mg·L⁻¹ para CdTe-QD y 600,06 mg·L⁻¹ para SB-tracer, clasificando las muestras como no citotóxica, citotóxica y moderadamente citotóxica, respectivamente. Sin embargo, los resultados de aberraciones cromosómicas para SB-tracer revelaron su letalidad al inhibir la proliferación de linfocitos requerida para la prueba. Se emplearon brotes de semillas de melón y girasol como modelos eucariotas multicelulares para la evaluación de toxicidad en niveles superiores de organización, y se observó que el SB-tracer tiene un efecto perjudicial sobre la germinación, mientras que N-CQD incrementó la biomasa de los brotes hasta 19 veces en comparación con el riego con agua, resultado atribuido a su efecto positivo sobre los mecanismos fotosintéticos. Finalmente, los efectos no tóxicos y protectores de N-CQD pueden atribuirse a su alto valor ORAC (capacidad de absorción de radicales de oxígeno) considerado en esta investigación, el cual se asocia con la prevención del daño a biomoléculas clave como el ADN y con la promoción del crecimiento celular. Los resultados de este capítulo destacan la viabilidad y el potencial uso de los puntos cuánticos de carbono como una alternativa segura tanto para el medio ambiente como para la salud, con capacidad para sustituir sustancias convencionalmente empleadas por diferentes industrias como trazadores multipropósito. Una vez desarrolladas metodologías simples para la producción de puntos cuánticos con demostrada biocompatibilidad, en el capítulo quinto se presenta un enfoque de economía circular para la obtención de este tipo de nanomateriales a gran escala y con la sustitución total o parcial de los precursores por residuos de la agroindustria. Para esto se realiza un estudio integral que abarca todas las etapas de la producción de puntos cuánticos de carbono, desde la caracterización de residuos agroindustriales generados en el sur de Colombia hasta la selección del precursor, el escalado del proceso y la evaluación de la sostenibilidad. Se evaluaron varios subproductos frutales (tomate de árbol, naranja, lulo, maracuyá, limón y uva) mediante un método de suma ponderada , basado en propiedades fisicoquímicas, madurez y acidez (°Brix y pH), y en el contenido de metabolitos primarios (lípidos, proteínas, azúcares) y secundarios (ácido cítrico, ácido ascórbico, compuestos fenólicos y flavonoides). La cáscara de limón fue identificada como el precursor óptimo. Los puntos cuánticos se sintetizaron mediante carbonización asistida por microondas en tres escenarios: ácido cítrico comercial (CQD-N), biomasa de limón (CQD-L) y una mezcla híbrida (CQD-LA). El proceso se escaló exitosamente 12,5 veces en volumen (de 6 a 75 mL) por lote, con una capacidad de producción total de hasta 300 litros de nanofluido. Los puntos cuánticos obtenidos presentaron morfología esférica, tamaños menores de 10 nm y un núcleo de carbono con carácter mixto grafítico/amorfo. Aunque el mayor rendimiento de síntesis se obtuvo con el precursor puro (74,4%), los CQDs derivados de biomasa mostraron fluorescencia, estabilidad térmica y estabilidad química comparables. El escalado demostró alta reproducibilidad, con variaciones de intensidad de fluorescencia inferiores al 6,2 % entre lotes. Una evaluación del ciclo de vida de la cuna a la puerta utilizando el método ReCiPe 2016 reveló que los CQDs basados en residuos de limón mejoraron significativamente el perfil ambiental del proceso, logrando un balance de carbono negativo ( -4,30 x 10-2 kg CO2 eq.) en comparación con precursores industriales convencionales. Estos resultados demuestran que la valorización de residuos cítricos para la producción de puntos cuánticos de carbono es técnicamente viable, escalable y ambientalmente ventajosa, vinculando la gestión de residuos agroindustriales con la nanotecnología sostenible. La aplicación de los CQDs como trazadores multidisciplinarios fue considerada bajo dos enfoques, la primera se presenta en el capítulo seis en la cual se evalúa la implementación de los puntos cuánticos de carbono en un contexto biotecnológico, pues la evaluación de la calidad espermática es una herramienta fundamental en el diagnóstico de la infertilidad masculina y desempeña un papel central en los ámbitos clínico y de investigación. Debido al tamaño microscópico y la naturaleza translúcida de los espermatozoides, la evaluación precisa de parámetros morfológicos y funcionales depende en gran medida de técnicas de tinción que mejoran el contraste y permiten la visualización de estructuras subcelulares específicas o estados fisiológicos. Sin embargo, muchos agentes de tinción convencionales implican altos costos, rutas de síntesis complejas o el uso de sustancias químicas peligrosas, lo que limita su accesibilidad y sostenibilidad. En este contexto, el desarrollo de moléculas de tinción de bajo costo basadas en principios de química verde representa una valiosa oportunidad para mejorar el análisis espermático mientras se reduce el impacto ambiental y los costos operativos. En este capítulo se evaluó el desarrollo y la aplicación de puntos cuánticos de carbono, sintetizados mediante carbonización hidrotermal y por microondas desarrollados en capítulos previos, como una alternativa selectiva y rentable para la tinción de espermatozoides de mamíferos. La tinción de células frescas demostró que los puntos cuánticos desarrollados poseen alta especificidad por células inmóviles, lo que permite una estimación precisa de la motilidad espermática con márgenes de error inferiores al 12 % en comparación con el software estándar de análisis espermático asistido por computadora (CASA). Las concentraciones de trabajo entre 12,5 y 50 mg/L no solo conservaron, sino que mejoraron significativamente los parámetros cinéticos, aumentando la velocidad hasta en un 37 % con respecto al control. Y desde el punto de vista económico, el uso de los puntos cuánticos de carbono en un ámbito biotecnológico resultó ser una alternativa altamente rentable, siendo hasta 75 000 veces más económica que los kits comerciales LIVE/DEADTM. Estos resultados demuestran la capacidad de los puntos cuánticos de carbono para facilitar la visualización morfológica y la evaluación de viabilidad, destacando su potencial como sondas multifuncionales para herramientas diagnósticas avanzadas en las ciencias reproductivas. Finalmente, en el capítulo siete se presenta la evaluación e implementación de los puntos cuánticos de carbono como trazadores de flujo en la industria del petróleo y gas, posicionándolos como un reemplazo a los trazadores químicos y radiactivos convencionales cuyas limitaciones en manejo, costos y monitoreo restringen su eficacia y uso seguro. Lo anterior se realizó usando un estudio comparativo que incluyó puntos cuánticos de carbono desarrollados previamente y variantes comerciales, se validó su aplicabilidad mediante pruebas de interacción fluido-fluido y roca-fluido de carácter estático y dinámico; los resultados demostraron una afinidad selectiva por la fase acuosa, una retención mínima en la roca y la ausencia de alteraciones en la tensión interfacial. Un hallazgo fundamental fue la capacidad de detección simultánea y cuantificación independiente de múltiples puntos cuánticos de carbono en salmueras de campo, aprovechando la resolución de sus espectros de emisión, lo que permite una caracterización integral en yacimientos con configuraciones complejas de múltiples pozos inyectores y productores. La robustez de la tecnología se confirmó mediante pruebas dinámicas bajo condiciones extremas de presión y temperatura de yacimiento, donde las retenciones fueron inferiores al 10% sin evidencia de degradación térmica o estructural. Esta validación en laboratorio culminó con una exitosa implementación en campo, donde la inyección de los nano trazadores y el posterior monitoreo de efluentes permitieron determinar con precisión la conectividad de cinco pozos productores de primera línea. La correlación directa entre la información geológica del yacimiento y los datos derivados del monitoreo de los puntos cuánticos de carbono confirma su viabilidad técnica como descriptores de flujo especialmente en campos con configuraciones complejas de pozos inyectores y productores, donde se requiere el uso de múltiples trazadores para una caracterización integral del sistema. (Texto tomado de la fuente)
Esquemas de control de voltaje/var jeráquicos basados en control predictivo
(Universidad Nacional de Colombia, 2019-12-13) Lopera Mazo, Edwin Herlyt; Espinosa Oviedo, Jairo José; Lopera Mazo, Edwin Herlyt [0000000320191898]; Espinosa Oviedo, Jairo José [000000020969741X]; Grupo de Automática de la Universidad Nacional Gaunal
La estructura de control de Voltaje/VAR jerárquica convencional aplicada en algunos sistemas eléctricos de potencia tiene los propósitos de mantener a la mayoría de los voltajes de nodo de la red dentro de un margen de operación apropiado y administrar los recursos de potencia reactiva disponibles. En este trabajo de investigación se proponen esquemas de control de Voltaje/VAR jerárquicos basados en control predictivo que ponderan estos dos objetivos de control. Estos esquemas manipulan únicamente los valores de referencia de tensión de los reguladores de voltaje automáticos y de las potencias activas de los gobernadores de las turbinas de los generadores sincrónicos del sistema. En los esquemas de control propuestos se deja de lado el concepto de nodo piloto, pues los controladores MPC regionales tratan de mantener a todos los niveles de tensión de sus nodos dentro del margen de operación establecido. Además, en el caso distribuido, entre estos controladores solamente se comparte la medición de la magnitud de los voltajes de los nodos asociados a las líneas de transmisión que enlazan las zonas de control de Voltaje/VAR vecinas, con lo cual se simplifican notablemente los problemas de optimización que deben resolverse por la estrategia. Los desempeños de estos esquemas de control fueron comparados entre sí y con los desempeños ofrecidos por otras arquitecturas de control de Voltaje/VAR actuando sobre el sistema eléctrico de prueba New England IEEE de 39 nodos. Los resultados obtenidos de esta comparación muestran la capacidad de las estructuras de control de Voltaje/VAR jerárquicas propuestas de mantener a todos los voltajes de la red muy cerca de un margen de operación definido realizando una gestión conveniente de los niveles de potencia reactiva en la red. (Texto tomado de la fuente)
A systems view of life in phenomenological-based semi-physical models. An ovulatory-menstrual cycle mathematical model
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Ramírez Mazo, Carolina; Gómez Echavarría, Lina María; Lema Pérez, Laura; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001543054; Ramírez Mazo, Carolina [0000-0002-6442-5230]; Gómez Echavarría, Lina María [0000-0001-5629-1941]; Lema Pérez, Laura [0000-0001-6745-3571]; https://www.researchgate.net/profile/Carolina-Ramirez-Mazo; Grupo de Investigación en Procesos Dinámicos-Kalman
Los sistemas vivos tienen una enorme capacidad de organizarse en redes altamente interconectadas, con fenómenos complejos que sostienen diferentes procesos y patrones auto-regulados. Los cuerpos de las mujeres no son la excepción y, de manera específica, las interacciones entre el Ciclo Ovulatorio Menstrual (COM) con el resto del cuerpo son de gran importancia para un estado sano de las mujeres desde una perspectiva sistémica de la vida y la salud. Las irregularidades en el COM tienen un impacto profundo en la configuración de otros sistemas como el cardiovascular; el metabólico; el inmune; el sistema músculo-esquelético y, por tanto, la manera en que el cuerpo entero expresa estados de salud. El COM es con frecuencia estudiado y observado exclusivamente desde su función reproductiva, por tanto, sus irregularidades se tratan desde un paradigma de fragmentación. Los tratamientos se desarrollan con la intención de apagar síntomas, lejos de la comprensión de un estado de salud en el cuerpo femenino como un todo; además, las irregularidades se tratan inhibiendo las dinámicas hormonales propias del organismo, como si apagarlas sólo afectara la posibilidad de gestar. Históricamente, la fisiología de las mujeres ha sido poco estudiada desde la naturaleza propia de sus dinámicas y procesos. El objetivo de esta tesis es desarrollar modelos semi-físicos de base fenomenológica (MSBF) en el contexto de los sistemas dinámicos complejos, para comprender mejor los estados de salud como una expresión de la capacidad auto-reguladora y auto-ordenadora de los sistemas vivos; por medio del estudio específico de los estados sanos en las mujeres. Dichos modelos matemáticos están basados en los fenómenos y los procesos que se despliegan en un sistema vivo, lo cual establece una base para acercarnos a la vida escuchando sus características inherentes y observando sus formas de prosperar -florecer- a través de las conexiones que la sostienen; en lugar de perseguir estados asintomáticos y despreciar las interacciones sistémicas. Se desarrollaron tres modelos matemáticos, siguiendo la metodología establecida para los MSBF. El objetivo de los modelos es describir algunas de las interacciones entre el eje Hipotálamo-Pituitaria-Ovarios (HPO) y el ciclo endometrial, el sistema cardiovascular y el sistema metabólico. Para esto, se propuso una metodología de acople para describir las interacciones entre subsistemas de un sistema complejo y cómo dichas interacciones impactan el estado del sistema entero. La metodología se usa primero para describir el COM, acoplando las acciones del estradiol (E2) y la progesterona (P4) con el ciclo endometrial, lo cual define un ciclo ovulatorio-menstrual completo. Luego, los impactos del COM son estudiados en dinámicas del sistema cardiovascular y el sistema metabólico a través de las acciones del E2 y la P4, cuyas concentraciones son marcadores de las diferentes fases del COM. La metodología de acople se formalizó asentada en el paradigma de espacio de estados, evidenciando la importancia de la comunicación entre diferentes sistemas con señales de inhibición y estimulación, en la vida y en las mujeres cuando se trata de sostener estados sanos. La respuesta de los modelos fue evaluada de manera cuantitativa y cualitativa, usando datos experimentales reportados en la literatura del ciclo endometrial, la presión arterial, el flujo sanguíneo y el metabolismo de glucosa e insulina, respectivamente. La metodología de acople propuesta, es un mapa de ruta para estudiar sistemas complejos bajo la mirada de los fenómenos reales. Esta ruta permite un conocimiento más preciso de las conexiones a través del acople matemático de procesos fisiológicos. Así, se obtuvo información de las interacciones entre el eje HPO y el ciclo endometrial para describir el COM completo; de las interacciones entre el COM y las características dinámicas de los vasos sanguíneos como el diámetro; y de la comunicación de señales entre el COM y el metabolismo de glucosa. Los resultados muestran la importancia de las acciones conjuntas del E2 y la P4, pues sus efectos en el cuerpo se balancean entre sí en una danza que sostiene ciclos armónicos tanto en el crecimiento del tejido endometrial, como en los sistemas cardiovascular y metabólico. El estado sano es un estado cíclico en el organismo entero femenino, principalmente durante los años de ciclicidad en los que hay ovulación en las mujeres. En este sentido, la proporción entre el E2 y la P4 es de gran importancia y es clave para mantener los lazos de retroalimentación auto-regulados que expresan salud. Por tanto, alterar concentraciones de E2 y P4 de manera aislada, sin tener en cuenta la proporción entre ambas hormonas, genera perturbaciones en la estabilidad del ciclo endometrial y de la misma manera en el metabolismo de la glucosa y la homeostasis entre la vasoconstricción y la vasodilatación en los vasos sanguíneos. Esta disertación muestra el profundo sentido y la importancia de considerar la vida como una red entera y compleja, lejos de las particiones aisladas, si se quiere atender y cuidar la misma vida y a las mujeres tanto en estados de salud como en estados de síntomas crónicos denominados patológicos. (Tomado de la fuente)
Evaluación de la calidad en yacimientos naturalmente fracturados: uso de análogos de superficie en la Cuenca del Putumayo, Colombia
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-08-01) Duarte Gomez , Edison Joan; Cardona Molina, Agustin; Lopera Castro, Sergio Hernando; Duarte Gomez, Edison (https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001592870); Duarte Gomez, Edison Joan [0009000059331574]; Cardona Molina, Agustín [0000000328134820]; Lopera Castro, Sergio [0000000327730890]; Duarte Gomez, Edison (https://www.researchgate.net/profile/Edison-Duarte-2?ev=hdr_xprf); Grupo de Estudios en Geología y Geofísica Egeo; Yacimientos de Hidrocarburos
El estudio se enfoca en un análisis integrado de fracturas y atributos geológicos para comprender posibles factores que inciden en el almacenamiento y flujo de fluidos de rocas yacimiento en las formaciones cretácicas productoras de hidrocarburos Caballos y Villeta de la Cuenca del Putumayo. Para ello, se emplearon exposiciones superficiales análogas de rocas clásticas y de carbonatos de estas formaciones en los alrededores de Mocoa. El análisis se desarrolla identificando y evaluando elementos geológicos relacionados a la estratigrafía, sedimentología y enterramiento de estas rocas que pueden condicionar el almacenamiento y flujo en ellas. Para esto se realiza un análisis de lineamientos, trabajo de campo, análisis petrográfico, análisis diagenético, ensayos petrofísicos en rocas y un análisis de fracturamiento que incluye topología de fracturas, al igual que estimaciones de porosidad y permeabilidad de fractura. En términos generales los resultados obtenidos para la zona de estudio analizada sugieren que las rocas reservorio de la Formación Caballos presentan una naturaleza mixta. Tanto la composición y los procesos diagenéticos en la matriz, como el desarrollo de fracturas, inciden en la calidad para el flujo de fluidos. Por otro lado, en la Formación Villeta, los procesos diagenéticos limitan la capacidad de almacenamiento y flujo, lo que enfatiza aún más la relevancia de las fracturas en el control de la porosidad y permeabilidad. Al analizar conjuntamente las rocas clásticas y de carbonatos como sistemas naturalmente fracturados asociados a las Formaciones Caballos y Villeta en tres zonas del área de estudio definidas, se observa que, en al menos dos de las tres zonas evaluadas, las litologías están condicionando el desarrollo de las fracturas. Esto sugiere un control en el fracturamiento asociado a la litología en estas zonas. Adicionalmente, las redes topológicas evaluadas indican diferentes grados de conectividad en las fracturas, dependiendo de la zona y la litología. En general se destaca una mayor conectividad en las fracturas asociadas a las calizas de la Formación Villeta.Este análisis integrado propone un flujo de trabajo que podría resultar valioso para futuros trabajos enfocados en exploración de yacimientos de hidrocarburos. (Texto tomado de la fuente)
Secado de chontaduro (Bactris gasipaes) en ventanas refractantes
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-08-08) Peñaloza Figueroa, Jeanine Kathleen; Chejne Janna, Farid; Rojano, Benjamín Alberto; Borda Yepes, Víctor Hugo; Peñaloza Figueroa, Jeanine Kathleen; Peñaloza Figueroa, Jeanine Kathleen [0000-0003-2934-749X]; Peñaloza Figueroa, Jeanine Kathleen; Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas
El chontaduro es una fruta con alto valor nutritivo que contiene bioactivos antioxidantes; sin embargo, se han desaprovechado sus bondades. Dentro de las moléculas de interés, sobresalen los carotenoides, compuestos a los que se les atribuyen propiedades relacionadas con la mejora de la salud cardiovascular y como agentes exógenos para la cura de algunos tipos de cáncer. No obstante, para extender la vida útil del producto, garantizar su funcionalidad y darle viabilidad comercial se deshidrató por ventanas refractantes, tecnología emergente de bajo consumo energético y de alta eficiencia térmica que permitió conservar el 88.5% del βcaroteno y la actividad antioxidante medida en términos de capacidad de absorción de radicales de oxígeno (ORAC), radical 2,2 Difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH), radical ácido 2,2'- azino-bis-3-etilbenzotiazolina-6-sulfónico (ABTS) y capacidad de reducción de hierro (FRAP). Se identificaron los factores experimentales más incidentes dentro del proceso de deshidratación y se definieron las mejores condiciones con las cuales se garantiza la mayor estabilidad química de la molécula carotenoide de interés. Al mismo tiempo, se realizaron pruebas en equipos con capacidad industrial y de configuración dinámica, hallando reproducibilidad con los resultados obtenidos en ensayos de laboratorio. Finalmente, se desarrolló un modelo matemático que permitió conocer el comportamiento de la pérdida de agua durante el secado de chontaduro en ventanas refractantes convirtiéndose en una herramienta para el escalamiento del proceso en equipos industriales. (Tomado de la fuente)
Modelo acoplado para la cuantificación de la producción de arena usando un nuevo criterio basado en un factor de intensidad de daño plástico
(Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Minas, 2022) Araujo Guerrero, Edson Felipe; Osorio Gallego, José Gildardo; Alzate Espinosa, Guillermo Arturo; Araujo Guerrero, Edson Felipe [0000-0002-8382-4878]; Grupo de Investigación en Geomecánica Aplicada
Debido a la débil relación encontrada en los modelos disponibles entre la producción de arena y el comportamiento geomecánico, en este trabajo se presenta un modelo numérico para cuantificar la producción de arena el cual parte de un criterio de arenamiento enfocado en las deformaciones plásticas por cizalla como causa base del fenómeno de producción de arena. El modelo se desarrolla bajo la hipótesis de que la producción de arena depende del nivel de deformaciones plásticas por cizalla y que el arenamiento tiene efectos geomecánicos tanto en las deformaciones como en los esfuerzos. Usando núcleos obtenidos con la tecnología de impresión 3D, se desarrolla un programa de pruebas de laboratorio para caracterizar tanto el comportamiento mecánico como la producción de arena de los mismos, resultados que se aplicaron en simulaciones numéricas a escala de laboratorio con el fin de validar el modelo. Los resultados muestran que un criterio de producción de arena basado en la deformación plástica por cizalla permite predecir correctamente el nivel de producción de arena, aunque presuntamente, a niveles altos de confinamiento efectivo, el límite de colapso de poro también tendría un aporte al nivel de arenamiento. Los resultados obtenidos se extienden a escala yacimiento, en un caso genérico, con el fin de explicar el efecto que tienen la cohesión, el estado de esfuerzos y el depletamiento en el nivel de producción de arena predicho, con lo que se concluye que, entre las variables analizadas, la cohesión es el parámetro con mayor efecto sobre el arenamiento seguido por el estado de esfuerzos en el yacimiento. (Tomado de la fuente)
Intensificación de la eficiencia energética para un sistema energético multidominio por intervención directa en su dinámica
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Amador Soto, Gerardo José; Hernández Riveros, Jesús Antonio; Amador Soto, Gerardo Jose [0009000197374812]; Grupo de Investigación en Inteligencia Computacional
El uso eficiente de la energía es actualmente un objetivo global para mejorar la calidad de vida y promover el progreso económico y social. Los sistemas dinámicos de múltiples dominios energéticos integran diversas formas de energía (mecánica, eléctrica, térmica, neumática y química) para satisfacer variadas necesidades de producción y consumo. Estos sistemas complejos, presentes en equipos y maquinaria de todo tipo, se caracterizan por sus múltiples componentes altamente interrelacionados. Tradicionalmente, el análisis de estos sistemas bajo un enfoque reduccionista motivado por la simplificación propendió a la omisión de sus dinámicas internas, limitando el desarrollo de nuevas estrategias operativas basadas en su naturaleza dinámica y compleja. Este trabajo propone una estrategia para intensificar la eficiencia energética de estos sistemas, considerando su manifestación física real. Mediante una estructura de control inteligente basada exclusivamente en comportamiento medible, se evalúa y proponen nuevas trayectorias de comportamiento disponibles bajo condicionantes de operación sujetas a influencias del entorno. Los resultados demuestran la efectividad del método al lograr con precisión los objetivos operativos deseados, utilizando menos energía de la fuente de inyección de potencia del sistema.
Modelo integrado del comportamiento de asfaltenos en condiciones de flujo
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-05-20) Cundar Paredes, Cristiam David; Benjumea, Pedro Nel; Cundar Paredes, Cristiam David [0000-0002-3409-7862]
Los asfaltenos se consideran como la fracción más polar del petróleo y su estructura química es desconocida. En general se acepta que los asfaltenos poseen una estructura poli-aromática, incluidos algunos metales, oxígeno, sulfuro y nitrógeno. Este compuesto se define como la fracción de crudo insoluble en alcanos (n-pentano, heptano) y soluble en aromáticos (benceno, tolueno).(Firoozabadi, 1999) A nivel yacimiento, este fenómeno implica una reducción de la transmisibilidad y alteración de la humectabilidad en la roca afectando la productividad de pozos. La desestabilización del componente asfalteno en el fluido de yacimiento se debe a cambios en presión, temperatura, composición y/o solventes o gases externos inyectados en el yacimiento en procesos de recobro mejorado (Firoozabadi, 1999). Los asfaltenos se precipitan y pueden depositarse en el yacimiento cerca a la cara del pozo productor. Lo anterior conlleva a una reducción del flujo de fluidos en el medio poroso a través de la reducción de permeabilidad y alteración de la humectabilidad de la roca. Además, los asfaltenos pueden fluir estables en el medio poroso y desestabilizarse en la línea de producción fondo de pozo superficie, ocasionado obstrucción del flujo por depositación de asfaltenos en las paredes de la tubería de producción; e incluso causando problemas en las líneas de trasporte de crudo en superficie. El modelamiento de la precipitación y depositación de asfaltenos se establece como una herramienta primordial para entender el comportamiento termodinámico del sistema de fluidos presentes en el yacimiento, y permite la predicción de este fenómeno indeseable a diferentes condiciones de presión, temperatura y composición. Dicho modelamiento, a pesar de que ha sido objeto de estudio en las últimas décadas, aún se considera un reto en la industria debido a la naturaleza del asfalteno, el cual es diferente en cada crudo, sus diferentes afinidades asociativas y su estructura (coloidal o macromolecular) desconocida. Por dicha razón, la predicción de la precipitación y posterior depositación hace necesario el entendimiento del modelamiento termodinámico y de flujo de los fluidos presentes en la formación, y las bases de cada modelo con sus limitaciones a la hora de predecir el comportamiento de los asfaltenos en un yacimiento en particular. En el presente proyecto se plantea estudiar el comportamiento de los asfaltenos a condiciones de flujo de fluidos. Para desarrollar este estudio se considera necesario profundizar en 4 ítems: ecuaciones de estado avanzadas, cinéticas de agregación de asfaltenos, diagnóstico del daño de formación y finalmente integración de los fenómenos anteriores en una simulación numérica de yacimientos. (Tomado de la fuente)
Evaluación de las interacciones Biopolímero Escleroglucano (grado EOR), entrecruzador y nanopartícula basado en el comportamiento de las propiedades reológicas y desempeño en recobro mejorado
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Castro García, Rubén Hernán; Cortés Correa, Farid Bernardo; Corredor Rojas, Laura Milena; Rubén Hernán Castro; RUBEN HERNAN CASTRO GARCIA, PhD(c); Ruben Hernan Castro Garcia [0000-0001-7267-4221]; Ruben Castro; Grupo de Investigación en Fenómenos de Superficie “Michael Polanyi”; Castro-García, Rubén Hernán [55932131800]
Los biopolímeros como goma xantana (XG), goma diutan (DG), hidroxietilcelulosa (HEC), carboximetilcelulosa (CMC), esquizofilan (SPG) y escleroglucano (SG), surgen como candidatos prometedores para aplicaciones de recobro mejorado (EOR) debido a sus estructuras moleculares. Estos biopolímeros exhiben buenas propiedades reológicas y alta resistencia a la hidrólisis, el pH, los electrolitos, esfuerzos mecánicos y a la temperatura, pero son susceptibles a la oxidación y la degradación biológica. En este estudio se realizaron pruebas experimentales fluido- fluido para evaluar el efecto de la fuerza iónica, el pH, la temperatura y el esfuerzo de corte sobre la viscosidad de soluciones de SG (grado EOR). Se observó que el SG conservó sus propiedades reológicas y estabilidad en las condiciones evaluadas debido a su estructura semirrígida de triple hélice y naturaleza no iónica. Además, las soluciones de SG exhibieron una excelente filtrabilidad. En las pruebas experimentales roca-fluido realizadas a condiciones de yacimiento, el SG aumentó la eficiencia de desplazamiento de petróleo entre un 18 y un 35 % en comparación con la inyección de agua. Finalmente, el estudio experimental de biodegradación demostró que el SG es susceptible a la degradación microbiana, en ausencia o presencia del biocida, debido a que las bacterias utilizan el biopolímero como fuente de carbono. Se evaluó el efecto de nanopartículas (Nps) de diferentes tamaños y naturalezas al agregarlas a soluciones de SG, evaluando inicialmente el cambio de viscosidad y posteriormente su impacto en la degradación microbiana del biopolímero. Se utilizó el método de dos pasos para preparar los nanofluidos (las Nps primero se sintetizan y luego se dispersan en el fluido). El método de dos pasos se utiliza en las industrias para producir nanofluidos a gran escala debido a su bajo costo de producción. Sin embargo, es un desafío evitar la aglomeración de las Nps. Por esta razón, se evaluó el efecto de cuatro métodos de preparación y de nueve nanopartículas (SiO2, Al2O3 y TiO2) sobre la viscosidad y estabilidad del SG. La evaluación de estabilidad exhibió que los nanofluidos SG+Al2O3 y SG+TiO2 son altamente inestables, pero los nanofluidos SG+SiO2 son estables independiente del método de preparación. Todos los nanofluidos mostraron una filtrabilidad deficiente. Teniendo en cuenta el desempeño de los nanofluidos, se planteó la síntesis de carboximetil-escleroglucano con Nps de SiO2. Para esto, se adaptó una reacción de O-Alquilación para insertar un grupo hidrofílico (ácido monocloroacético - MCAA) en las subunidades de anhidroglucosa (AGU) del SG. De esta reacción se obtuvieron dos derivados de SG (denominados CMS) con diferentes grados de sustitución (0,22 para CMS-A y 0,44 para CMS-B), los cuales se obtuvieron al cambiar la cantidad de bicarbonato de sodio utilizado en la carboximetilación. Posteriormente, la formación del enlace amida entre la Nps de sílice aminofuncionalizadas y ambos carboximetil-escleroglucanos se realizó por medio una reacción de amidación usando una carbodiimida (DCC). Los materiales sintetizados fueron caracterizados mediante diferentes técnicas analíticas. Se evaluó la resistencia de los CMS y de los nanohíbridos (NH) a la degradación térmica, química, mecánica y microbiana para determinar la aplicabilidad de estos nuevos productos como aditivos EOR. Los resultados mostraron que los materiales tienen un comportamiento similar al SG. Sin embargo, en las pruebas de biodegradación del CMS sin biocida se observó una reducción de la viscosidad del biopolímero entre un 30 y un 38% (similar a los resultados de SG con biocida), frente a la del 92% del SG sin biocida. En las pruebas de biodegradación de NH se observó que la población de bacterias disminuyó, evidenciándose un control antimicrobiano y efecto de la viscosidad del biopolímero, incluso en ausencia de biocida. El principal objetivo de este estudio se basó en evaluar si las modificaciones físicas y químicas del sistema SG y nanopartículas mejoran la estabilidad del biopolímero en ambientes degradados (térmico, químico, mecánico y microbiano), lo que le permitirá conservar su poder viscosificante e incrementar la eficiencia de desplazamiento de petróleo a condiciones del yacimiento. Este estudio proporciona evidencia clara de nuevos nanohíbridos base celulosa y ofrece una comprensión de su resistencia a los efectos degradativos para procesos EOR. Finalmente, abre el panorama sobre el efecto antimicrobiano de la nanotecnología en la inyección de biopolímeros y EOR. (Tomado de la fuente)
Design and analysis of a multi-stage control for power multi-converters in a DC microgrid
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-11-01) Monsalve Rueda, Miguel Eduardo; Hoyos Velasco, Fredy Edimer; Candelo Becerra, John Edwin; Monsalve Rueda, Miguel Eduardo [0000-0003-2401-8822]; Candelo Becerra, John Edwin [0000-0002-9784-9494]; Grupo de Control y Procesamiento Digital de Señales
Microgrids are designed to connect different types of ac and dc loads, which require robust power controllers to achieve efficient energy transfer. However, the effects of AC and DC disturbances on a single type of controller make achieving such stability in a microgrid a design challenge. Additionally, in multistage systems and loads where disturbances affect both upstream and downstream of the microgrid, these controllers demand greater robustness. This thesis presents an analysis of a sliding mode control (SMC) applied to a multistage microgrid with direct current (DC) and alternating current (AC) power converters. The goal was to implement sliding mode controllers for converters that supply constant power loads DC-DC and DC-AC. The controller was tested considering a unique sliding surface facing external disturbances, such as variations in the frequency of AC converters, sudden changes in upstream voltages, and constant power loads (CPL). Initially, the simple first-order controller was analyzed, then with a washout filter, and subsequently experimentally validated. Next, a second-order controller was analyzed. The influence on the response and stability of the gain values (k) of the controller's sliding surface was also studied. The results show that the controller is robust in terms of sensitivity to external disturbances and steady-state error. However, it was observed that there are limiting values for the sliding surface constant 'k,' where if 'k' is too low, deceleration occurs, and the response to disturbances is critical, and if it is too high, undesired overshoot occurs in the output voltage. This way, it was observed that it is possible to find a single controller that offers some robustness to typical disturbances in a microgrid with commercial voltages.
Evaluation of thermoelectric generation systems under mismatching thermal conditions
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-03-31) Sanin Villa, Daniel; Chejne Jana, Farid; Florez Escobar, Whady Felipe; https://scholar.google.com.co/citations?user=slUyYcwAAAAJ&hl=en; Sanin Villa, Daniel [https://scholar.google.com.co/citations?user=slUyYcwAAAAJ&hl=en]; Sanin Villa, Daniel [0000-0001-6853-340X]; Chejne, Farid [0000-0003-0445-7609]; Florez Escobar, Whady Felipe [0000-0003-3977-0371]; https://www.researchgate.net/profile/Daniel-Sanin-Villa; Sanin Villa, Daniel [https://www.researchgate.net/profile/Daniel-Sanin-Villa]; Grupo de Física Teórica; 37089330000; Sanin Villa, Daniel [37089330000]
This document presents a methodological analysis for designing and evaluating thermal energy harvesting systems that employ thermoelectric generator (TEG) arrays under mismatching thermal conditions. The study aims to achieve three specific objectives. Firstly, a mathematical model is developed that considers the thermal dependence of thermoelectrical properties and heat losses to evaluate a thermoelectric module (TEM). This model is crucial to understanding the performance of the TEG array under varying thermal conditions. Secondly, different DC-DC converter topologies are proposed to extract the maximum power output from TEG arrays under mismatching conditions. The objective is to determine an efficient way to extract energy from the TEG arrays under different thermal conditions, thereby improving their efficiency. Finally, the study simulates and evaluates the proposed methodology using experimental data from commercial TEG arrays under different thermal conditions. This step is essential in verifying the accuracy and effectiveness of the proposed methodological analysis. By using experimental data, the study hopes to ensure that their methodology is effective in practical applications. The proposed methodology has the potential to contribute significantly to the field of renewable energy by providing an effective solution to the problem of thermal energy harvesting under mismatching conditions with TEG systems.
Development of multifunctional nanomaterials for the co-production of upgraded heavy crude oil and hydrogen at different pressures and temperatures
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-06) Medina Erazo, Oscar Enrique; Franco Ariza, Camilo Andrés ; Pérez Cadenas, Agustín Francisco; Oscar Enrique Medina Erazo; https://scholar.google.com/citations?user=ytNYAbEAAAAJ&hl=es&oi=ao; 0000-0002-1001-9456; https://www.researchgate.net/profile/Oscar-Medina-27?ev=hdr_xprf; Fenómenos de superficie, Michael Polanyi.
En la presente Tesis Doctoral se recoge la síntesis de diversos nanomateriales basados en óxidos de elementos lantánidos, transición, aluminosilicatos, carbono y materiales compuestos. Algunos materiales compuestos evaluados contienen óxidos metálicos-óxidos lantánidos, óxidos metálicos-óxidos lantánidos-xerogeles de carbono. El rendimiento de los materiales fue evaluado en su capacidad para producir hidrogeno y mejorar la calidad del crudo a partir de la descomposición catalítica de macromoléculas de hidrocarburo, heteroátomos y crudos en atmosferas de oxidación, gasificación y pirolisis. Los resultados experimentales obtenidos y su discusión se presentan en esta Memoria divididos en 6 apartados principales, en los cuales se han distribuido 20 capítulos que recogen las diferentes actividades realizadas para el desarrollo de nanomateriales con propiedades catalíticas a la medida para la reevaluación y aprovechamiento de crudos pesados y extrapesados y la obtención de H2 como fuente de energía transitoria y complementaria, promovida durante la descomposición de las fracciones más pesada del petróleo crudo y el uso de diferentes subproductos para ayudar a las reacciones intermedias que aumentan la producción de H2. El primer Apartado presenta el planteamiento del problema alrededor del consumo energético, el deterioro de las reservas de crudo convencional y la necesidad que enfrenta la humanidad a migrar a energías limpias, así como el estado del arte de los nanomateriales capaces de mejorar propiedades específicas del crudo, planteados como posibles estrategias para fomentar procesos de transición energética. El segundo Apartado describe los materiales y métodos utilizados. Se exponen los métodos de caracterización de las fracciones del crudo, así como de los nanomateriales sintetizados. Además, se muestran las técnicas de evaluación del rendimiento adsorptivo y catalítico de los nanomateriales. En el tercer Apartado se recogen los Capítulos 1-6 que presentan los estudios realizados a las diferentes fracciones del crudo a condiciones de baja y alta presión en ausencia de nanomateriales, con el fin de comprender su reactividad y proponer nanomateriales capaces de asistir reacciones químicas que potencialicen la producción de hidrogeno. El Capítulo 1 está dedicado a evaluar el efecto de la presión sobre la cinética de oxidación de asfáltenos. El capítulo recoge, además, los principios básicos de diferentes variables a alta presión, tales como la temperatura y la tasa de calentamiento. Además de un estudio difusional para analizar los problemas de transferencia de masa y calor durante las pruebas. En el Capítulo 2 se recoge información sobre la oxidación de asfáltenos n-C7 extraídos de diferentes crudos pesados y extrapesados a diferentes presiones. Se descubrió que la cantidad de oxígeno quimisorbido se ve afectada por el tipo de especie de oxígeno en los asfaltenos, como COO-. Además, a medida que aumenta el grado de aromatización y disminuye el grado de alquilación, también lo hace la cantidad de átomos de oxígeno quimisorbidos. El Capítulo 3 se centra en comprender el comportamiento oxidativo de los agregados de asfaltenos n-C7 en condiciones de alta presión. En este capítulo se evalúan diferentes soluciones modelo de asfaltenos utilizando tres isómeros de xileno con el fin de representar las interacciones asfalteno-asfalteno en una matriz de crudo pesado. La evaluación se realiza a través de análisis experimental y simulaciones de dinámica molecular. Se encontró que la ubicación -CH3 en el xileno impacta sustancialmente en el estado de agregación. Los experimentos oxidativos de los agregados mostraron que la quimisorción de oxígeno disminuyó a medida que aumentaba el tamaño del agregado de asfaltenos, reduciendo su reactividad. Este estudio mejora nuestra comprensión de la relación entre la agregación y la oxidación térmica de los crudos, caracterizando el comportamiento físico para proponer alternativas que reduzcan la agregación de asfaltenos y mejoren la cinética oxidativa. En Capítulo 4 tiene como objetivo investigar el cambio en las propiedades químicas de los asfaltenos durante la región OC desde una perspectiva experimental y teórica. Los resultados validan que los sitios de quimisorción están fuertemente relacionados con las características moleculares. Para una clase de asfalteno, se formaron los grupos carboxilo o COO-, mientras que para el asfalteno E se puede esperar que se formen enlaces oxígeno- oxígeno formando oxígeno fenólico y oxígeno etérico. MD también sugiere el tamaño del núcleo aromático como la característica más relevante. En el Capítulo 5 se investiga el comportamiento termo oxidativo en función de la presión de las demás fracciones del crudo, es decir, los compuestos saturados, aromáticos y resinas. Los principales hallazgos fueron que, para presiones superiores a 3.0 MPa, los aromáticos y las resinas se describieron en las cuatro etapas (OC, DCO, FC y SC), mientras que los saturados solo se describieron en las regiones FC y SC en todas las presiones. A 6,0 MPa, los aromáticos muestran una descomposición rápida en la región FC, mientras que las resinas muestran una descomposición más lenta distribuida en las tres regiones de descomposición. Esto sugiere que los aromáticos tienen un mayor impacto en las reacciones de oxidación a altas temperaturas a medida que aumenta la presión. Las curvas de pirólisis revelaron que, para todas las presiones aplicadas, la cantidad de coque producido aumenta en el siguiente orden: saturados < aromáticos < resinas. El Capítulo 6 busca comprender el efecto de la presión en las interacciones entre las fracciones de saturados, aromáticos y resinas (S-Ar-R) durante las reacciones de termo oxidación. Para esto, se evalúa la oxidación simultanea entre saturados:aromáticos (S:Ar), saturados:resinas (S:R) y resinas:aromáticos (Ar:R). Los resultados demuestran el papel de la presión en la oxidación simultánea de las mezclas S:Ar, S:R y Ar:R. En primer lugar, FC y SC describen los perfiles termooxidativos de S:Ar a 0.084 MPa, independientemente de la relación S:Ar. Cuando la oxidación se evalúa a 3.0 y 6.0 MPa, se observan zonas OC y DCO, y la cantidad de oxígeno quimisorbido aumenta a medida que aumenta la presión. Se observó la misma tendencia para los sistemas S:R y Ar:R. Entre las mezclas de S:Ar, la quimisorción de oxígeno aumentó a medida que aumentaba la cantidad de compuestos aromáticos a 3.0 y 6.0 MPa. Las estructuras formateadas a alta presión presentan mayor reactividad; por lo tanto, el consumo total de las muestras termina a temperaturas más bajas. Durante la oxidación S:R, cuanto mayor sea el contenido de resinas, mayor será la quimisorción de oxígeno y menor la temperatura requerida para descomponer las muestras. Finalmente, la mezcla entre aromáticos y resinas muestra velocidades cinéticas más lentas que los otros sistemas. En el cuarto Apartado se recogen los Capítulos 7-12 en los cuales se presenta el diseño y evaluación de nanomateriales con propiedades catalíticas a la medida para la descomposición de la fracción más pesada del petróleo crudo que permitirá la reevaluación y aprovechamiento de crudos pesados y extrapesados mediante el mejoramiento de su calidad y la coproducción de H2. El Capítulo 7 recoge el desarrollo de nanopartículas de CeO2 amorfa y dopaje superficial con parejas de óxidos elementos de transición (Fe2O3, Co3O4, y/o NiO) y elementos nobles (PdO), con el fin de determinar su capacidad de adsorción y actividad catalítica para capturar y descomponer asfaltenos. Los resultados mostraron que al incorporar óxidos monoelementales y bielementales en nanopartículas de CeO2, tanto la adsorción como la conversión isotérmica de los asfaltenos aumentan. Cabe mencionar que las nanopartículas bielementales redujeron la temperatura de gasificación de los asfaltenos en mayor medida que las nanopartículas monoelementales. Además, las nanopartículas optimizadas con la mejor pareja (Ni-Pd) tienen el mejor rendimiento al obtener el 100% de conversión de asfaltenos en menos de 90 min a 220 °C mientras reducen un 80 % la energía de activación En el Capítulo 8, una vez seleccionada la nanopartícula con la mejor pareja de TEOs, y optimizada la carga, se aborda la evaluación de su capacidad regenerativa durante la adsorción y posterior descomposición de asfaltenos n-C7 en procesos de gasificación con vapor. La evaluación ha considerado la influencia del ciclo redox (Ce3+/Ce4+) en la auto regeneración de CeO2±δ, así como las propiedades termodinámicas y potencial del proceso de adsorción, los parámetros cinéticos del proceso catalítico, y el cambio en la química superficial del material. Dentro de los principales resultados, se obtuvo que los asfaltenos mostraron una alta afinidad por ser adsorbidos sobre la superficie de las nanopartículas durante nueve ciclos de regeneración evaluados. Además, la actividad catalítica de las nanopartículas no cambió significativamente, demostrando que descomponen el 100% de los asfaltenos n-C7 en todos los ciclos. En el Capítulo 9 se considera cambiar la morfología de las nanopartículas de CeO2, entre (C)cúbica; (O) ortorrómbica; y (S) esférica, para la termo-oxidación de asfaltenos n-C7 con el fin de potenciar algunas limitaciones del soporte sin morfología definida, evaluado en los Capítulos 7 y 8. En este estudio se consideraron los avances previos en términos de fase dopante, para lo cual se seleccionaron óxidos de Ni y Pd en fracciones de masa de 1%. La actividad catalítica de los sistemas se evaluó mediante análisis termogravimétricos no isotérmicos e isotérmicos a diferentes presiones. Los resultados termogravimétricos no isotérmicos evidenciaron un aumento en la masa de asfaltenos n-C7 a medida que la temperatura aumenta entre 100 y 230 °C para todos los sistemas y condiciones de operación. Las fases Ni y Pd aumentan la cantidad de oxígeno quimisorbido en todos los sistemas en el orden S-NiPdCe < O-NiPdCe < C-NiPdCe, y reducen la temperatura requerida para la descomposición total de asfaltenos n-C7 a temperaturas inferiores a 200 °C a 6.0 MPa en el mismo orden. El Capítulo 10 evalúa el nanomaterial con la morfología que presenta un mayor rendimiento durante la oxidación catalítica de asfaltenos para una subsecuente evaluación en reacciones de pirolisis, las cuales son fundamentales en los procesos de recobro térmico de petróleo. En este capítulo se amplía nuestro conocimiento sobre los procesos de pirólisis a baja y alta presión a través de enfoques experimentales y de simulación bajo la primicia que la presencia de vacantes de oxígeno que provocan la coexistencia y el intercambio oportuno de Ce4+ y Ce3+ en su estructura reticular es una de las principales razones de su actividad catalítica. En el Capítulo 11 se considera el fraccionamiento de las moléculas de asfalteno en A1 y A2. Analizar el comportamiento adsorbente y catalítico de las nanopartículas con ambas fracciones es de vital ayuda para desarrollar catalizadores que puedan mejorar la vía de reacción de los agregados de asfaltenos. Las simulaciones MD revelan que el tamaño de los agregados aumenta en el orden A1 < A2, lo que se explica por la mayor densidad de la fracción A1. La afinidad de adsorción de las nanopartículas A1-CeO2 fue mayor que la de las nanopartículas A2-CeO2, lo que resultó en una mayor cantidad de asfaltenos A1 adsorbidos. Los experimentos oxidativos muestran que la quimisorción de oxígeno ocurre en los asfaltenos debido a la subfracción A1; ya que no se observó quimisorción de oxígeno en A2. Finalmente, la pirólisis no catalítica de A2 exhibió mejores características termogravimétricas, incluyendo mayor pérdida de masa a temperaturas más bajas y menos coque al finalizar el calentamiento como resultado de las diferentes densidades entre los agregados A1 y A2. El Capítulo 12 resume los resultados de producción volumétrica de hidrógeno en la mezcla gaseosa liberada de la gasificación catalítica con vapor de asfaltenos n-C7 y resinas II a bajas temperaturas (< 230 °C). La producción de hidrógeno concuerda con la actividad catalítica de cada material para descomponer ambas fracciones en las condiciones evaluadas. CeNi1Pd1 mostró el rendimiento más alto entre las otras tres muestras, lo que llevó a la mayor producción de hidrógeno en el gas efluente con valores de ~44 % en volumen. Cuando las muestras se calentaron a temperaturas más altas (es decir, 230 °C), la producción de H2 aumentó hasta un 55% en volumen durante la conversión de resina y asfaltenos n-C7 catalizados, lo que indica un aumento de hasta un 70% en comparación con los sistemas no catalizados en las mismas condiciones de temperatura. El quinto Apartado contiene los Capítulos 13-16, los cuales recogen las actividades necesarias para determinar el potencial de los nanomateriales para el mejoramiento de la calidad del crudo, así como la producción de H2 y otros productos valiosos con bajas emisiones de CO2, bajo procesos de recobro térmico mejorado de petróleo, En el Capítulo 13 se diseña un nanofluido a partir de uno de los nanocatalizadores con mejor rendimiento en la descomposición de las fracciones pesadas del crudo y la producción de hidrogeno a partir de estas reacciones. Este estudio propone un método de inyección novedoso de nanofluido en el medio poroso, disperso en la corriente de vapor, con el fin de mejorar las condiciones de movilidad del crudo a presión y temperatura de yacimiento, y a su vez mejorar el facto de recobro de aceite. Para los diferentes pasos de la prueba dinámica se obtuvieron incrementos de 25 y 42% en la recuperación de aceite para la inyección dispersa del nanofluido en la corriente de vapor y luego de un tiempo de remojo de 12 h, en comparación con la curva base con solo inyección de vapor, respectivamente. El crudo mejorado alcanzó un nivel de gravedad API de 15.9°, es decir, un incremento de 9.0° unidades en comparación con el crudo extrapesado sin tratar, lo que representa un incremento del 130%. En el Capítulo 14 se presenta un análisis termodinámico de la fugacidad del hidrógeno para obtener un panorama más claro de su comportamiento in situ. La fugacidad de H2 se determinó entre la presión del yacimiento y sobrecarga y diferentes temperaturas, las cuales fueron determinadas por los perfiles térmicos en la prueba de desplazamiento. El hidrógeno adquirió un mayor potencial químico a través de la presencia de nanopartículas. Sin embargo, la diferencia de fugacidad del H2 entre ambos puntos es mucho mayor con las nanopartículas, lo que significa que el hidrógeno presenta una menor tendencia a migrar por difusión al punto de alta presión. Con base en este análisis, fue posible determinar la tendencia del hidrógeno a quedar atrapado en el reservorio y su disipación en el medio poroso. En el Capítulo 15 se investiga la factibilidad de utilizar formaciones geológicas sometidas a procesos de recobro térmico como reactores: donde ocurre tanto la adsorción y conversión de CO2 como la producción de otros subproductos de alta calidad. La adsorción de CO2 aumentó en el orden S-CeO2 < O-CeO2 < C-CeO2 < C-CeNiPd, independientemente de la temperatura. Las nanopartículas con asfaltenos adsorbidos también presentaron una alta tendencia a la adsorción de CO2. Finalmente, para la conversión de CO2 se obtiene una mezcla de gases compuesta por CO, CH2, H2 e hidrocarburos ligeros (LHC). El contenido de producción de hidrógeno sigue una tendencia que concuerda bien con la capacidad de adsorción y la actividad catalítica de cada material. Este estudio demuestra que el uso de tecnologías combinadas de inyección de CO2 y vapor asistidas por nanocatalizadores puede resultar en un camino potencial para aumentar el volumen de petróleo crudo producido, su calidad basada en la mejora in situ y, al mismo tiempo, mejorar la captura de CO2 y su conversión. El Capítulo 16 expone la metodología aplicada para llevar a cabo un aumento de un nivel de preparación tecnológica (TRL) de 3 hasta un TRL -8 para la implementación de la nanotecnología en una aplicación de campo, pasando por el diseño experimental y los resultados de la prueba de campo inicial. La aplicación se llevó a cabo una aplicación de prueba de campo en un campo colombiano a través de un proceso de estimulación de vapor cíclico. En el sexto Apartado se presentan los Capítulos 17-20 donde se proponen dos tecnologías que incluyen: i) el uso de heteroátomos presentes en las fracciones más pesadas del crudo, tales como el azufre, para el mejoramiento de la calidad del crudo y la co-producción de hidrogeno a través de procesos de adsorción/catálisis con nanomateriales diseñados a la medida, y ii) la remoción de aceite proveniente de emulsiones de crudo en agua para la producción de gases con alto poder calorífico a través de procesos de adsorción y catálisis. En los dos Capítulos siguientes (17 y 18), se propone los procesos de desulfuración como mecanismos para producir hidrogeno y mejorar la calidad del crudo. La eficiencia del proceso de adsorción de los nanomateriales se valida mediante la estimación de su capacidad de adsorción/eliminación y afinidad por las especies de azufre mediante experimentos de adsorción por lotes y continuos. La segunda parte se centró en descubrir la influencia de la atmósfera de regeneración en la adsorción de azufre, la conversión de azufre y la producción de hidrógeno. Estos estudios permitieron potenciar las propiedades químicas de un nanomaterial para extender su vida media útil con alta selectividad, adsorción y capacidad catalítica. Esto genera información valiosa sobre los procesos de reutilización de adsorbentes mientras se eliminan los compuestos de azufre de los crudos pesados. Por otro lado, la información presentada en los Capítulos 19 y 20 corresponde a una nueva aplicación, centrado en el desarrollo de compuestos monolíticos de xerogeles de carbono-metal para la eliminación de aceite mediante procesos de adsorción y regeneración a partir de emulsiones de aceite en agua salada. Los resultados de adsorción muestran que la eliminación de crudo aumentó con el aumento del contenido de metal en el material compuesto para todas las configuraciones experimentales. La actividad catalítica de tres xerogeles de carbono monolítico se corroboró con cálculos de energía de activación efectiva, que se redujo en un 24.9, 32.5 y 52.4 % desde la descomposición del crudo virgen hasta la descomposición adsorbida en las muestras X, XCe y XCeNi, respectivamente. Se consideró el análisis gaseoso de los productos involucrados en la oxidación del crudo en cada ciclo, encontrando un incremento en la producción de hidrocarburos livianos, y reduciendo las emisiones de gases como CO2, NOX y SOX en todos los reusos.
Evaluación de la interacción fluido – fluido y fluido - roca en procesos de inyección de agua de salinidad modificada (IASM) y su impacto en la recuperación de aceite en sistemas de areniscas
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Maya, Gustavo; Cortés Correra, Farid Bernardo; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000182184; Maya Toro, Gustavo Adolfo [0000182184]; https://scholar.google.com.mx/citations?hl=en&pli=1&user=KmgMo2UAAAAJ; Maya Toro, Gustavo Adolfo [0000-0002-8780-3580]; Cortés Correra, Farid Bernardo [0000-0003-1207-3859]; https://www.researchgate.net/profile/Gustavo-Maya-2; Fenómenos de Superficie Michael Polanyi
Los procesos de recobro mejorado son una familia de tecnologías que buscan obtener el mayor beneficio de los yacimientos de hidrocarburos; sin embargo, cada uno de ellos presenta dificultades de diversas índoles; técnicas, económicas y ambientales. La inyección de agua de salinidad controlada, o inyección de agua de baja salinidad como también se le conoce, ha resaltado en la industria por sus bajos impactos ambientales y beneficios económicos; sin embargo, no existe acuerdo científico en los fenómenos que lo gobiernan. Este estudio analiza los efectos en sistemas específicos de roca-crudo-salmuera al inyectar aguas de baja salinidad con diferentes composiciones, separando las interacciones fluido-fluido y roca-fluido para identificar los fenómenos hasta ahora propuestos en la literatura. Los resultados obtenidos arrojan evidencias muy claras sobre la importancia de los mecanismos fluido-fluido. Desalado (salting in / out) y posible generación de microemulsiones cobran importancia frente a otros mecanismos propuestos en la literatura, en particular los mecanismos fluido-roca. La investigación permite también evidenciar que los mecanismos presentes en el proceso de recobro mejorado bajo estudio van más allá de la reducción de la salinidad del agua de inyección, y obedecen al manejo específico del contenido iónico de la misma. Esta investigación utilizó la técnica de electroforesis capilar para medición de iones disueltos en el agua a la ejecución de pruebas de desplazamiento de crudo en medios porosos, lo cual al momento no ha sido reportado en la literatura, siendo una mejora importante para el análisis de este tipo de procesos. (Texto tomado de la fuente)
Study of the interaction between the oligomers from bio-oil heavy fraction and a catalyst in hydrotreatment process
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-06-01) Manrique Waldo, Raiza Johanna; Chejne, Farid; García Pérez, Manuel; Raiza Manrique Waldo; https://scholar.google.com/citations?user=vWdtrjUAAAAJ&hl=es&oi=ao; Chejne, Farid [0000-0003-0445-7609]; Manrique Waldo, Raiza Johanna [0000-0002-6702-5419]; https://www.researchgate.net/profile/Raiza-Manrique; Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas; https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57195741838
Biomass fast pyrolysis bio-oil is a promising alternative to be used as a source of fuels and chemicals. It hosts a wide variety of compounds and comes from renewable sources. Pyrolysis oil is formed by water, light organics (GC/MS detectable compounds), Oligomeric fractions derived from lignin and holocellulose. This dissertation focusses on the identification of oligomeric molecules in the pyrolytic lignin fraction and its catalytic hydrodeoxygenation. This fraction can potentially be used to produce fuels and chemicals via hydrodeoxygenation. The chemical structure of pyrolytic lignin oligomeric molecules is poorly known. In this study, quantum mechanical simulation was used to propose the structures based on calculations of the electronic structure. The DFT calculations were used to identify the thermodynamically most probable chemical structures of pyrolytic lignin molecules resulting from lignin pyrolysis followed by demethylation. The structure of new molecules of dimer, trimer and tetramer oligomers from pyrolytic lignin were proposed. The pyrolytic lignin fraction was further fractionated by solid-liquid extraction and the resulting subfraction thoroughly characterized using FTIR, UV-fluorescence and HSQC-NMR. Ethyl acetate subfractions was characterized by phenolic compounds with methoxyl substituents while acetone and isopropanol subfractions showed more aliphatic characteristics. Pyrolytic lignin fraction from BTG was hydrotreated with a sulfided NiMo/Al2O3 catalyst. Hydrotreating experiments were carried out with mixtures of pyrolytic lignin and yellow grease to obtain liquid fuels. All blends induced coke formation values between 0.7 and 2.5 wt. %, indicating that pyrolytic lignin has potential to reduce coke formation during the process. The results obtained in this thesis will allow the definition of strategies for the design of biorefineries including pyrolytic lignin to obtain products.
Numerical modeling of massive sand production during cold heavy oil production
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-05-31) Arbeláez Londoño, Alejandra; Osorio Gallego, José Gildardo; Alzate Espinosa, Guillermo Arturo; Arbeláez Londoño, Alejandra [0000-0003-0570-5125]; Alzate Espinosa, Guillermo Arturo [0000-0001-6265-274X]; Grupo de Investigación en Geomecánica Aplicada, GIGA
Cold heavy oil production with sand (CHOPS) is a single well technology that involves the deliberate initiation and sustaining of sand inflow into the wells using progressive cavity pumps (PCP) to produce at oil high rates with a subsequent high-pressure drawdown around the wellbore and improvement in oil well productivity. CHOPS is a primary recovery method extensively used in the world as a profitable and simple technology. Foamy-oil flow and wormhole formation are the main mechanisms of CHOPS, where aggressive sand production is a consequence of geomechanical issues such as elastoplastic behavior, stress redistribution, failure criteria, pressure gradient, erosion, and sand liquefaction. The general objective of this thesis is to build a numerical model to predict and explain massive sand production during cold heavy oil production by coupling fluid flow with geomechanics and considering stress redistribution and erosional processes. This research also identifies the relevant phenomena of massive sand production and describes the interaction between geomechanical and erosional processes. A methodology is proposed to model the initiation and propagation of wormholes based on geomechanical behavior. A 3D-single well model is built to understand the cold heavy oil production with sand, considering relevant dynamics such as stress redistribution and the interaction between geomechanical and erosional processes, by coupling fluid flow with geomechanics. This model couples a three-phase fluid flow model and an elastoplastic model and integrates other models: a sand production model, a foamy-oil module, and a conceptual model for wormhole formation. This coupled model is verified and validated firstly by components and lately integrating step by step the different components using commercial software such as ABAQUS® and CMG®. Field cases are run to calibrate the parameters of the sand production model resulting in low sand levels, a case with the main characteristics of a CHOPS well is run and its results are analyzed, and a sensitive study is performed to evaluate the impact of variables such as pressure drawdown, cohesion, internal friction angle, and stress regime. Finally, a special case is built combing all variables and looking to promote sand production with successful results.
Modelo de valoración de contratos en Derivex
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-05-28) Arango londoño, Adriana; Velásquez Henao, Juan David; Arango londoño, Adriana [0000-0001-8919-7548]; Velásquez; Big Data y Data Analytics
Desde el año 1994 el mercado eléctrico colombiano opera bajo una nueva estructura que permitió la apertura al Mercado Eléctrico Mayorista en Colombia (MEM) y la creación de la Bolsa de Energía. Esta reestructuración creó un ambiente competitivo en el que los agentes se enfrentan a nuevos desafíos por las nuevas reglas del mercado y se exponen a la incertidumbre asociada al precio futuro de la electricidad que se caracteriza por tener una alta volatilidad. Con el fin de mitigar la exposición al riesgo de los agentes del mercado se crean los mercados de derivados eléctricos que cuentan con una estructura similar a la de los mercados financieros. Colombia no es ajeno a esta situación y en el 2010 se crea el Mercado de Derivados Estandarizados de Commodities Energéticos Derivex, en el cual se pueden negociar contratos de futuros de electricidad que comprometen a las partes a cumplir sus obligaciones de compra o venta en una fecha futura a un precio establecido. Diferentes aproximaciones se han desarrollado en la teoría financiera para valorar los contratos de futuros; sin embargo, estas metodologías no pueden ser aplicadas en los mercados eléctricos por la complejidad que exhibe la serie de precios de la electricidad la cual determina la decisión de comprar o vender el contrato. En consecuencia, los agentes del mercado no cuentan con un soporte teórico para construir una estrategía de cobertura que les permita mitigar los riesgos asociados a las fluctuaciones del precio de la electricidad y maximizar sus beneficios económicos. Este trabajo presenta un modelo de valoración para los contratos de futuros de Derivex compuesto por un modelo de árboles de decisión y un modelo de simulación del precio de la electricidad en la Bolsa de Energía. Los resultados obtenidos demuestran que es posible realizar el cubrimiento del riesgo de la Bolsa de energía a partir del modelo propuesto. El modelo desarrollado permite incorporar las expectativas del analista sobre el crecimiento de la demanda y la evolución de la hidrología. (Texto tomado de la fuente)
Analysis of superstructures. Case study: Optimizing agro-industrial waste as precursors of chemical products, an essential element for the energy transition
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Ceballos Marin, Carlos Mario; Maya López, Juan Carlos; Chejne, Farid; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000469670; https://scholar.google.com/citations?user=jZcaS3UAAAAJ&hl=es; Ceballos Marin, Carlos Mario [0000-0002-5345-2532]; Chejne Janna, Farid [0000-0003-0445-7609]; https://www.researchgate.net/profile/Carlos-Ceballos-7; Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas
Este estudio presenta una herramienta de optimización basada en análisis de superestructura para el diseño de procesos químicos y la toma de decisiones en la implementación de esquemas de poligeneración en Colombia. El programa de optimización que se desarrolló en Matlab, considera los parámetros de diferentes procesos termoquímicos y tecnologías para la transformación de tres posibles biomasas en nueve productos de alto valor agregado en el mercado nacional. Para obtener los parámetros necesarios se utilizó simulación detallada de los procesos en AspenPlus®, lo que permitió reducir el número de niveles de la superestructura y disminuir también el costo computacional del proceso de optimización en Matlab. Los resultados destacados en este estudio incluyen la generación de una herramienta de optimización, la identificación del biochar como el producto más viable para la implementación de esquemas de poligeneración en Colombia y la identificación de las posibles tecnologías para la transformación de las biomasas. Finalmente, este trabajo demuestra que el análisis de superestructura es una herramienta útil para la toma de decisiones, que puede ser de utilidad para entidades gubernamentales y posibles inversionistas en la definición de esquemas de poligeneración. (Texto tomado de la fuente)
Evaluación del efecto de la torrefacción y la pirólisis lenta en el desarrollo de porosidad de carbones activados especiales obtenidos a partir de biomasa lignocelulósica
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-05-16) Cordoba Ramirez, Marlon Fabian; Chejne, Farid; ALEAN VALLE, JADER DARIO; Gómez Gutiérrez , Carlos Andrés; CORDOBA RAMIREZ, MARLON FABIAN; Cordoba Ramirez, Marlon [0000-0003-1242-9085]; ALEAN VALLE, JADER DARIO [0000-0002-8759-5304]; Gómez Gutiérrez, Carlos Andrés [0000-0003-1961-6289]; Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas
En esta tesis se estudió el efecto de la torrefacción y la pirólisis lenta en el desarrollo de porosidad y cambios estructurales orientados a la obtención de carbones activados a partir de un residuo lignocelulósico (cuesco de palma). Para tal fin, se llevó a cabo un análisis del efecto de la torrefacción a diferentes temperaturas como etapa de tratamiento previo, proponiendo una ruta torrefacción – pirólisis lenta – activación. A partir de esto, se encontraron cambios en la dinámica de desvolatilización y recomposición del material, hallando que la torrefacción previa favorece las reacciones de descarbonilación reflejadas en pérdidas de compuestos y grupos funcionales vía CO2, que no son evidentes a partir de la pirólisis directa del material. Adicionalmente, Se llevó a cabo una caracterización detallada del biochar obtenido a diferentes temperaturas de pirólisis (220, 250, 280, 350, 550 y 700°C) para tener una visión completa de cómo evoluciona la estructura porosa a medida que se avanza en el proceso de pirólisis lenta. También se evaluó el efecto de las condiciones de activación, tomando en cuenta distintos tiempos de proceso (2-6 horas) y el uso de diferentes atmósferas, como CO2 y vapor de agua. A partir de este análisis, se pudo determinar que la temperatura de pirólisis tiene un gran impacto en el desarrollo de una matriz porosa previa, que se aclara y se define mejor tras la activación. Finalmente, se analizó cómo estos cambios previamente mencionados afectan el desempeño del biochar y el carbón activado como materiales adsorbentes de CO2 y H2S, encontrando importantes diferencias en su comportamiento con cada uno de estos gases, relacionadas tanto con la estructura porosa como con la química superficial. (Texto tomado de la fuente)
Estudio de la formación de nanoestructuras de carbono a partir de alquitrán de gasificación de biomasa
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Martínez Smit, Carlos David; Chejne Janna, Farid; Bastidas Barranco, Marlon José; Martínez Smit, Carlos David; Martinez-Smit, Carlos; Martinez-Smit, Carlos; Martinez-Smit, Carlos; Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas
Durante la gasificación de la biomasa, se producen alquitranes junto con los gases. Estos compuestos pueden causar problemas operativos cuando se condensan, disminuyendo la eficiencia global del proceso. Se han estudiado muchos métodos para reducir o eliminar estos compuestos, siendo los más comunes las modificaciones del gasificador, los métodos de limpieza en húmedo y en seco, y el craqueo térmico o catalítico. El craqueo de estas moléculas produce más gases, pero pocos estudios se interesan por los depósitos de carbono formados, que en algunos casos pueden dar lugar a nanoestructuras de carbono. El presente trabajo propone una metodología que permite el aprovechamiento de estos compuestos para la formación de productos de valor agregado en sistemas de gasificación o pirólisis de biomasa. Se partió de un fraccionamiento para determinar el tamaño y tipo de moléculas presentes en las fracciones de los alquitranes. Asimismo, se plantea el uso de un catalizador soportado en el carbonizado que es subproducto de estos procesos termoquímicos de biomasa, para que al contacto con los volátiles o alquitranes se formen depósitos de carbono en él. Estas nuevas estructuras de carbono pueden aportar nuevas posibilidades para las tecnologías de gasificación y pirolisis de biomasa, lo que se puede traducir en un equilibrio técnico-económico y medioambiental de los procesos. (Textos tomado de la fuente)

Examinar

Envíos recientes