Maestría en Ingeniería - Química

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Alternativas para la selección de sistemas de cogeneración de calor residual en instalaciones de separación de petróleo y gas
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Pardo Mendoza, Ingrit Daniela; Vargas Sáenz , Julio César; Grupo de Ingeniería de Sistemas de Proceso
La industria del petróleo y gas ha venido impulsando programas de eficiencia energética con el fin de optimizar sus procesos y reducir los costos asociados al consumo de combustible. En este marco, el presente trabajo se orienta a mejorar el desempeño energético de instalaciones de separación de petróleo y gas (GOSP, por sus siglas en inglés), mediante la aplicación de técnicas de optimización multiobjetivo que permitan identificar las condiciones óptimas de operación tanto de la planta de separación como de los sistemas de cogeneración en una unidad costa afuera, con el propósito de disminuir el consumo energético. Para ello, se llevaron a cabo simulaciones en Aspen HYSYS®, donde se modeló la planta de proceso y se evaluaron dos esquemas de cogeneración: un ciclo combinado y un ciclo Rankine. Ambos se analizaron bajo las mismas variables de diseño y operación, con el fin de asegurar una comparación equitativa. Posteriormente, el modelo de simulación fue enlazado con el programa Python, lo que permitió realizar análisis de sensibilidad sobre las variables de interés y llevar a cabo las optimizaciones mediante el algoritmo genético multiobjetivo NSGA-II. En la GOSP, aumentar la presión de los separadores permite reducir el consumo eléctrico hasta en un 31,7 %, con una mejora marginal en la producción de crudo (≤ 0,51 %). También se identificó que operar los separadores de condensado a 20 °C disminuye el consumo energético en 1,75 %. En conjunto, las mejoras permitieron una reducción energética del 9,52 % sin afectar la recuperación de crudo. En los sistemas de cogeneración, aumentar la presión y temperatura del vapor incrementa la eficiencia térmica hasta un 85,6 %, mientras que la reducción del Pinch Point y del ΔT mejora el aprovechamiento del calor residual. Las configuraciones óptimas lograron eficiencias de 85,62 % y reducciones del consumo de combustible de hasta 28,86 %. Aunque ambos ciclos mostraron desempeños similares, el combinado ofreció una ligera ventaja en eficiencia, mientras que el Rankine podría ser más atractivo en términos económicos. (Texto tomado de la fuente)
Propuesta metodológica para la implementación de sistemas de recuperación de calor residual en instalaciones tempranas de procesamiento de petróleo y gas
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-08-31) Ramírez Mora, Lizeth Melissa; Vargas Sáenz, Julio César; Ramírez Mora, Lizeth Melissa [0009000535496733]; Grupo de Ingeniería de Sistemas de Proceso
En línea con la problemática ambiental global, en la industria de hidrocarburos se busca la reducción progresiva del impacto ambiental de sus operaciones. En muchas de las instalaciones de producción de Petróleo y Gas se cuenta con equipos de generación eléctrica que producen gas de escape residual, y en búsqueda de procesos energéticamente eficientes, se ha identificado que este gas constituye una potencial fuente de energía térmica para el calentamiento de los servicios auxiliares de planta. En este trabajo se propone una metodología para la implementación de Sistemas de Recuperación de Calor Residual en instalaciones de procesamiento de Petróleo y Gas, cuyo objetivo es aumentar la eficiencia energética de las plantas de producción de hidrocarburos. Esta metodología desarrolla seis etapas: Análisis de viabilidad técnica; Determinación del sistema de recuperación de calor residual; Selección de equipos y tecnologías de proceso; Diseño básico del sistema de cogeneración; Diseño detallado del sistema de cogeneración; y Unificación del diseño al sistema de calentamiento de la planta. Posteriormente, esta metodología se emplea para el desarrollo de dos casos de estudio de recuperación de calor residual para suplir la demanda térmica de una planta de tratamiento de gas: en el primer caso de estudio se implementa un proceso de calentamiento de un sistema de aceite térmico y; el segundo caso corresponde al calentamiento de un circuito de generación de vapor. Para ambos casos, se generaron desarrollos que abarcaron desde el diseño conceptual hasta el análisis de elementos operativos de cada sistema. La metodología propuesta permite identificar los principales aspectos técnicos de ambos casos de estudio, evidenciando el aporte de este trabajo para la implementación de futuros proyectos de recuperación de calor residual. (Texto tomado de la fuente)
Evaluación de la eficiencia energética en un evaporador de película descendente
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Ayala Tez, Darwin Alcides; Pinzón Casallas, Nelson Aníbal; Ayala Tez, Darwin Alcides [0001520920]; Ayala Tez, Darwin Alcides [0009000894804590]; Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos
La energía ha sido un factor determinante en el desarrollo de la humanidad, impulsando el crecimiento de la población y la transformación de materias primas. Actualmente, es fundamental reducir los impactos ambientales derivados de las actividades económicas, promoviendo el uso de fuentes energéticas limpias y renovables, mejorar la eficiencia energética y disminución de la huella de carbono en los procesos industriales. Para lograrlo, es necesario adaptar y modernizar las tecnologías existentes, integrando sistemas de control que optimicen las operaciones. En este contexto, los evaporadores de película descendente (EPD) son objeto de estudio por su capacidad para mejorar la transferencia de calor y aumentar la eficiencia. Se llevó a cabo el diseño y construcción de dos prototipos de EPD calentados por vapor y resistencias eléctricas como fuentes alternativas con el propósito de evaluar la eficiencia energética en tres sistemas de suministro de calor en el calentamiento de tres espesores de película líquida y el desarrollo del modelo dinámico en los dos EPD. Las pruebas se centraron en el comportamiento térmico del sistema, sin cambios de fase en el líquido tratado. Se realizo la validación para el modelo matemático mediante un análisis estadístico de error cuadrático medio MSE, RMSE y coeficiente de determinación R^2 entre los datos experimentales obtenidos y los datos calculados por el modelo dinámico, se determinó en los resultados analizados un ajuste significativo del modelo matemático y la variación de la eficiencia en cada prueba (Texto tomado de la fuente).
Obtención e inmovilización de proteasas de Metarhizium robertsii Mt015 como ingrediente activo en bioplaguicidas de nueva generación
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Cristancho Mora, Javier Stiven; Cruz Barrera, Fredy Mauricio; Serrato Bermúdez, Juan Carlos; Cristancho Mora, Javier rh=0001941646]; Agrosavia; Cristancho Mora, Javier [000000024083091X]; Bioproductos
Los plaguicidas químicos de alto espectro para el control de plagas en la agricultura son altamente tóxicos y generan efectos negativos en el ecosistema en donde se aplica, por ello actualmente se han llevado a cabo estudios para la obtención de insumos sostenibles y eficientes como agentes de control biológico, denominados bioplaguicidas, los cuales son obtenidos a partir de metabolitos secundarios microbianos, particularmente, enzimas provenientes de hongos entomopatógenos que degradan la cutícula del insecto plaga. Agrosavia ha venido trabajando en el desarrollo de bioplaguicidas contra Tuta absoluta y Plutella xylostella en cultivos de crucíferas y tomate, sin embargo, se ha encontrado la necesidad de mejorar factores de virulencia mediante la potenciación con enzimas producidas de manera exógena y su incorporación en la formulación de los bioproductos. El objetivo de la tesis de maestría es producir e inmovilizar enzimas proteasas del hongo M. robertsii Mt015 como agentes de potenciación. Para ello se llevó a cabo un proceso de fermentación líquida en matraces Erlenmeyer y en biorreactor de 5 litros obteniendo las enzimas del microorganismo e inmovilizándolas mediante adsorción con soportes inertes de tipo inorgánico. Se encontró que es posible obtener resultados de actividad proteasa con materias primas económicas y sostenibles a nivel de matraces (3,74 U/mL) y biorreactor (2,39 U/mL), con condiciones de temperatura de 28°C, agitación de 150 rpm y pH de 8,5. De los ensayos de inmovilización enzimática se observó que el mejor soporte de tipo inorgánico para la adsorción de enzimas son las D1 con resultados de 7,41 y 8,05 U/g a distintas relaciones soporte-caldo de fermentación líquido, obteniendo así formulados en polvo a los que se les puede medir actividad biológica e incorporarlos como agentes de potenciación en bioplaguicidas de nueva generación (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de una planta a escala piloto para la producción de sucroésteres en un proceso libre de solvente
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Rodriguez Reyes, Angélica Johanna; Orjuela Londoño, Álvaro; Gutiérrez Sánchez, María Fernanda
Este trabajo se enfocó en la evaluación y escalamiento al nivel de planta piloto de un proceso para la producción de palmitato de sacarosa a través de transesterificación de metíl palmitato (MP) y sacarosa (SAC). Durante la reacción SAC y MP reaccionan usando carbonato de potasio como catalizador y empelando un tensoactivo para compatibilizar los reactantes. Como resultado del proceso se obtiene una mezcla de mono, di, tri y tetra palmitato de sacarosa (SMP, SDP, STP, STeP) y metanol (MeOH) como subproducto. Partiendo de una validación experimental previa a nivel laboratorio se determinaron las mejores condiciones de producción de SE (T reacción = 130°C-150°C, P de vacío = 0.5 bar -0.7 bar y relación de reactivos MP/SAC = 1-1,5) para evaluar en la escala piloto. Los ensayos se realizaron en un equipo existente en el laboratorio de ingeniería química de la Universidad Nacional de Colombia, para el cual fue necesario actualizar la documentación técnica, garantizar la estanqueidad y establecer características operativas, tal como las velocidades de calentamiento y refrigeración, y las velocidades de agitación. Esto último obligó a adelantar trabajos de adecuación que incluyeron aislamiento térmicos de tuberías y unidades, cambio de empaques, arreglo de piezas defectuosas y adecuación de la caja de control. Posteriormente, se elaboraron los respectivos planos de tubería e instrumentación (P&ID) y los protocolos de operación segura (SOP). Los experimentos piloto se realizaron evaluando el efecto de la temperatura, la velocidad de adición de sacarosa y relación FAME/SAC sobre la productividad y la conversión. Se realizó un diseño de tres factores y tres niveles, y se determinó que el incremento de la temperatura de reacción tiene un efecto positivo sobre la productividad de la reacción en un tiempo de 4 horas, mientras que la adición de sacarosa y relación FAME/SAC no representaron un efecto significativamente estadístico sobre la conversión. Adicionalmente, durante la etapa experimental se determina que la viscosidad tiene una gran influencia sobre la reacción y se determinan varios factores para tener en cuenta respecto a la operatividad del equipo. Con base en estos resultados se realizó el escalado a un sistema de producción de 50 kg por lote, diseñando y construyendo una planta piloto que se instaló en la empresa Larkin S.A. para seguir evaluando el proceso en la escala semi-productiva (Texto tomado de la fuente).
Simulación de la distribución de tiempo de residencia en un tanque agitado empleando CFD
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Ramírez Hermosa, Pavel Ernubis; Martínez Riascos, Carlos Arturo; Ingeniería de Sistemas de Procesos
En este estudio se analizó la distribución del tiempo de residencia (RTD) en tanques agitados mediante el uso de simulación por dinámica de fluidos computacional (CFD). Se emplearon tanques de 1, 5 y 100 litros, bajo diferentes condiciones operativas y geométricas, evaluando el impacto de variables como la velocidad de agitación, la posición del agitador y el tiempo de retención, con el objetivo de estudiar el comportamiento fluidodinámico en estos sistemas. Las velocidades de agitación fueron 144, 246 y 399 rpm para el tanque de 1 L, de 59, 89 y 142 rpm para el tanque de 5L, y de 9, 14 y 22 rpm para el tanque de 100 L, obteniendo números de Reynolds aproximados a 8000, 12000 y 20000 respectivamente. Los resultados experimentales de RTD se obtuvieron usando pigmento rojo como trazador y un sistema de captura económico, los cuales fueron comparados con los resultados de las simulaciones CFD. La validación de los modelos numéricos mostró una alta concordancia entre los resultados simulados y experimentales, especialmente al utilizar el modelo de turbulencia k-ε estándar, con ajustes de malla que optimizaron la precisión de las simulaciones. En particular, se observó que la configuración geométrica del tanque y la velocidad de agitación influyen directamente en la eficiencia de la mezcla y en la RTD, con valores de desviación estándar menores al 5% entre los datos simulados y experimentales. Estos resultados subrayan la capacidad de CFD como herramienta precisa y eficaz para predecir el comportamiento fluidodinámico en tanques agitados, y su utilidad en el diseño y la optimización de estos sistemas en aplicaciones industriales (Texto tomado de la fuente).
Simulación de la distribución de tiempo de residencia en un tanque agitado empleando CFD
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Ramírez Hermosa, Pavel Ernubis; Martínez Riascos, Carlos Arturo; Ingeniería de Sistemas de Procesos
En este estudio se analizó la distribución del tiempo de residencia (RTD) en tanques agitados mediante el uso de simulación por dinámica de fluidos computacional (CFD). Se emplearon tanques de 1, 5 y 100 litros, bajo diferentes condiciones operativas y geométricas, evaluando el impacto de variables como la velocidad de agitación, la posición del agitador y el tiempo de retención, con el objetivo de estudiar el comportamiento fluidodinámico en estos sistemas. Las velocidades de agitación fueron 144, 246 y 399 rpm para el tanque de 1 L, de 59, 89 y 142 rpm para el tanque de 5L, y de 9, 14 y 22 rpm para el tanque de 100 L, obteniendo números de Reynolds aproximados a 8000, 12000 y 20000 respectivamente. Los resultados experimentales de RTD se obtuvieron usando pigmento rojo como trazador y un sistema de captura económico, los cuales fueron comparados con los resultados de las simulaciones CFD. La validación de los modelos numéricos mostró una alta concordancia entre los resultados simulados y experimentales, especialmente al utilizar el modelo de turbulencia k-ε estándar, con ajustes de malla que optimizaron la precisión de las simulaciones. En particular, se observó que la configuración geométrica del tanque y la velocidad de agitación influyen directamente en la eficiencia de la mezcla y en la RTD, con valores de desviación estándar menores al 5% entre los datos simulados y experimentales. Estos resultados subrayan la capacidad de CFD como herramienta precisa y eficaz para predecir el comportamiento fluidodinámico en tanques agitados, y su utilidad en el diseño y la optimización de estos sistemas en aplicaciones industriales (Texto tomado de la fuente).
Desarrollo de material híbrido a partir de fibras de Estropajo (Luffa cylindrica spp.) como soporte para metales de transición en la remoción de contaminantes emergentes en aguas
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Ardila González, Cindy Katherine; Bastidas Gómez, Karen Giovanna; Zea Ramírez, Hugo Ricardo; Grupo de Investigación en Materiales, Catálisis y Medio Ambiente
Las actividades industriales han incrementado la presencia de contaminantes emergentes en el agua, los cuales generan afectación al ser humano y medio ambiente. Por lo tanto, se han estudiado alternativas para erradicarlos a través de métodos como la adsorción, el cual utiliza un material adsorbente como materiales lignocelulósicos para remover metales pesados del agua. En este trabajo de investigación se empleó la Luffa cylindrica spp, la cual fue sometida a un pre-tratamiento denominado organosolv y un tratamiento químico de oxidación selectiva por el sistema NaBr/TEMPO/NaOCl para la conversión de los grupos OH a grupos COOH en el C6 de la glucosa. Posterior, se depositó Cu y Zn sobre la superficie de la Luffa a través de métodos de impregnación en húmedo de tipo monometálicas y bimetálicas, obteniendo 5 materiales impregnados. A partir de esto, se evaluaron todos los materiales en la remoción de Pb (II) variando el tiempo de contacto, velocidad de agitación, masa del adsorbente, pH de la solución y concentración de la solución de Pb (II), obteniendo una capacidad de adsorción de 6.27 mg/L y un porcentaje de remoción de 99.38 % a un pH 6 y una concentración inicial de 10.5 mg/L utilizando el material denominado F-Zn/Cu. Esto sugiere que el pre-tratamiento, el tratamiento químico y las impregnaciones mejoraron la interacción entre el material híbrido y el contaminante. Así mismo, se realizaron caracterización química, de superficie, estructural, morfológica y térmica a través de técnicas como FTIR, pHpzc, DRX, SEM y TGA, verificado las modificaciones realizadas en cada uno de los materiales sintetizados (Texto tomado de la fuente).
Extracción con CO2 supercrítico de metabolitos secundarios de flores de manzanilla
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) García Díaz, Brahiam Arturo; Rodríguez Varela, Luis Ignacio; Ágamez Pertuz, Yazmin Yaneth; Laboratorio de Investigación en Combustibles y Energía
Se estudió los parámetros que afectan el proceso de extracción de metabolitos secundarios de flores de manzanilla (Matricaria Chamomilla), procedentes de Colombia, mediante la técnica de extracción con CO2 en condiciones supercríticas. Se realizó un diseño experimental de tipo punto central con análisis unidimensional que permitió el estudio de temperatura (35 °C, 45 °C y 55 °C), presión (150, 250 y 350 bares) y flujo de CO2 (5, 10 y 15 Kg/hr) como parámetros de extracción y se desarrolló en estudio cinético a lo largo de 6 horas que permitió determinar el punto de mayor rendimiento de extracción. El estudio se realizó en un sistema de extracción a escala piloto de 7 L, posteriormente se aplicaron las mejores condiciones de extracción a la extracción de flores de manzanilla procedentes de las regiones de San Cayetano y Chipaque en Cundinamarca – Colombia, se caracterizó y comparo su composición mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. Se lograron los rendimientos más altos y eficientes en el punto (45 °C, 250 bar, 20 kg/h y t: 3 h) obteniendo un rendimiento de 5,11 % para las flores procedentes de Chipaque y 3,82 % para las flores procedentes de San Cayetano. Se detectó la presencia de β farneseno, matricina y mayoritariamente de α-bisabolol y sus óxidos en ambos extractos. El resultado permitió conocer las condiciones más adecuadas de extracción y detectar la presencia de metabolitos de alto interés en flores de manzanilla procedentes de Colombia (Texto tomado de la fuente).
Product design for the valorization of sugarcane syrups. Study case : Formulation of cereal bars
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Lussiaud, Garance; Orjuela Londono, Alvaro; Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos
El consumo de barras de cereales ha ido en aumento a lo largo de los años debido a una mayor demanda de alimentos naturales, integrales, funcionales y nutritivos. Generalmente, las barras de cereales están compuestas principalmente por frutos secos y deshidratados, cereales, aceites vegetales y azúcares o agentes edulcorantes. Durante la conformación de las barras, la mezcla de sólidos se aglomera utilizando un líquido altamente viscoso, principalmente jarabe de glucosa, que también actúa como agente edulcorante. Sin embargo, el jarabe de glucosa es un producto sintético que puede causar diversos problemas de salud, como obesidad o enfermedades cardiovasculares. Para solucionar este problema, el jarabe de glucosa podría ser reemplazado por sustitutos más saludables y de origen natural, como la miel de abeja, jarabes extraídos de diferentes plantas (por ejemplo, agave, arce, abedul) y jarabes concentrados obtenidos del procesamiento de jugos de caña de azúcar (como la melaza o el jarabe de panela) o de otras plantas ricas en azúcar (como la remolacha, el sorgo, el dátil, el coco y la palma Palmyrah). Estos sustitutos potenciales son considerados adecuados para esta función, ya que son endulzantes naturales y alimentos funcionales con acciones terapéuticas documentadas. No obstante, sus propiedades fisicoquímicas y reológicas son diferentes a las del jarabe de glucosa, por lo que su desempeño como agentes edulcorantes y aglomerantes debe ser evaluado. En este sentido, este trabajo se centra particularmente en la evaluación del desempeño de las mieles de caña en la consolidación de barras de cereales. Inicialmente, se analizarán las propiedades físicas, funcionales y sensoriales de las barras de cereales comerciales aglomeradas con jarabe de glucosa como punto de referencia. Esto incluirá, entre otros aspectos, la densidad, el contenido de agua, la curva de flujo, la viscosidad a temperatura ambiente, las propiedades mecánicas y el sabor de las barras bajo una formulación típica. Luego, las mieles de caña serán caracterizadas y modificadas para cumplir con las propiedades de desempeño esperadas y se utilizarán en la elaboración de barras de cereales. Estas barras serán caracterizadas de manera similar y se evaluarán sus propiedades sensoriales. Finalmente, la formulación de la barra de cereales que contenga miel de caña será optimizada mediante un diseño de mezclas asistido por computadora con el fin de reducir los costos de producción (Texto tomado de la fuente).
Desarrollo de un aerogel adsorbente de humedad para uso en empaques de alimentos frescos
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-12-20) Vera Mahecha, Mercedes del Pilar; Castellanos Espinosa, Diego Alberto; Noriega Valencia, Mario Andres; Aseguramiento de la calidad de alimentos y desarrollo de nuevos productos
La acumulación de agua líquida en el interior de empaques para alimentos frescos, como vegetales y productos cárnicos, es un problema común que favorece la proliferación de microorganismos, lo que conduce al deterioro del producto, pérdida de nutrientes, aumento de reacciones enzimáticas de degradación y una notable reducción de la vida útil. En este trabajo se desarrollaron diferentes formulaciones de aerogeles adsorbentes de humedad a base de celulosa y carboximetilcelulosa (CMC). Para estas formulaciones se modificaron el tipo de material (celulosa y CMC), la concentración del material (1 a 5 % p/p), el tipo de entrecruzante (CaCO3 y CaCl2) y las velocidades de mezclado (11000,15500 y 25000 rpm). Posteriormente, se seleccionó el aerogel con mayor capacidad de adsorción y estabilidad mecánica (celulosa al 5% con entrecruzante CaCl2 al 5% y velocidad de mezclado 15500 rpm) para su caracterización. Se realizaron análisis de sus propiedades espectroscópicas (FT-IR), calorimétricas (DSC, TGA), morfológicas, y además se determinó su cinética de adsorción empleando un modelo de primer orden + BET, obteniendo un R2 de 0,84. Finalmente, se evaluó el efecto del aerogel en la extensión de la vida útil de melón fresco. Para ello se estudiaron seis casos: bandeja abierta (B.A), bandeja con perforaciones sin aerogel (B.C) y bandeja con perforaciones e inclusión de aerogel (1,15; 2,15; 4,3 y 6,5 g de aerogel). La máxima vida útil de melón fue de 8 días, lograda con la bandeja con perforaciones e inclusión de 6,5 g de aerogel. Esto representó un aumento de la vida útil del melón del 167 % con respecto al tiempo de vida útil de la bandeja abierta y del 33 % respecto al tiempo de vida útil de la bandeja con perforaciones sin aerogel (Texto tomado de la fuente).
Evaluation of cellular aggregate topologies from an Off-lattice model for tissue bioprinting
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Puentes Urrego, Nicolas; Godoy Silva, Rubén Darío; Orozco Alvarado, Gustavo Adolfo; Puentes Urrego, Nicolas [0000000201191852]; Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos
This thesis presents an exploration of cellular dynamics, utilizing various modeling frameworks and simulation techniques. Starting from the analysis of core-centered models, incorporating an approach to contractile stress from polarization vectors and a detailed evaluation of force functions governing attraction-repulsion interactions, the study unravels the intricate cellular behaviors. The integration of protrusive forces, genetic networks, and specific models like Yalla, MecaGen, and Oriola enhances the understanding of these dynamics. Additionally, neighborhood algorithms, such as the Gabriel graph, contribute to a more nuanced investigation. The modeling framework is implemented through the CellAggregate.jl platform. In the simulation framework, built with CUDA technology, aspects like structured data, nearest neighbor calculations, and forces, including polarization vectors, attraction-repulsion, and contractile forces, are addressed. Further discussions focus on the extraction of information related to the fusion of cellular aggregates. Results derived from experimental data, initial conditions, in-silico calibration, and simulation setups are presented. A subsequent analysis of the performance of functions and parameters is conducted. The thesis delves into the stabilization of a single cellular aggregate under extreme simulation conditions, exploring cell loss and mean squared displacement. The fusion of cellular aggregates is examined, including the evaluation of adjusted parameters using the Chi-squared test. The exploration extends to complex aggregates, providing a comprehensive understanding of topological aspects in tissue bioprinting.
Technical-environmental assessment of the potential of polyhydroxyalkanoates production from mixed microbial cultures and waste feedstocks
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Mosquera Tobar, Jhessica Daniela; Moreno Sarmiento, Nubia; Cabeza Rojas, Iván; Jhessica Daniela Mosquera Tobar; Mosquera, Jhessica [0000000339732439]; Gema Grupo de Estudio de Materiales; Bioprocesos y Bioprospección; Mosquera, Jhessica D. [57214898878]
The scope of this work was to contribute to the assessment of PHA production process from mixed microbial cultures and complex waste streams by process simulation and prospective life cycle assessment to support the scale-up of the process. Therefore, three scenarios were constructed based on the valorisation of waste streams available in Bogotá, Colombia. The scenario development methodology involves the definition of goal and scope as stated in the life cycle assessment methodology: ISO 14040: 2006 and 14044: 2006. Experimental data from literature was used to define process parameters and yields. A three-stage configuration was identified as the most common ensemble for the unit operations and unit procedures required to transform waste into PHA. Operational conditions and operational parameters were defined to construct process flow diagrams for each scenario. The scenarios pursued the evaluation of the valorisation of sewage sludge (Scenario 1, S1), organic fraction of solid waste (Scenario 2, S2), and the mixture of the residues (Scenario 3, S3). Each scenario was evaluated from a technical and environmental perspective, and the functional unit for the evaluation was 1,7 kg CODPHA (1 kg of PHA). The process simulation was performed in SuperPRO Designer, while the prospective life cycle assessment was completed in SimaPro. The average overall yields obtained during the simulation were: S1 30.80, S2 7.80, S3 12.52 kg VS per kg of PHA; the scenario with the highest yield was Scenario 2. The result was a prospective environmental assessment that made possible the identification and reduction of gaps in terms of carbon source production, biomass production, PHA production, and cross-cutting aspects for technology transfer.
Evaluación de polioles obtenidos a partir de la depolimerización de PET para la formulación de espumas rígidas de poliuretano
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-01-30) Hernández Chinchilla, Josué; Boyacá Mendivelso, Luis Alejandro; Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos
En este trabajo se evalúa el proceso de reciclaje químico del tereftalato de polietileno (PET) por medio de la depolimerización por glicólisis con dietilenglicol (DEG) asistido por microondas a escala de laboratorio con el fin de ser usados en la industria de poliuretano. Como primera etapa se realizó el estudio de diferentes catalizadores para el proceso entre los cuales el acetato de zinc tiene los mejores resultados llegando a una concentración de 1,2% en peso del sistema de reacción. En la segunda etapa se produjeron polioles poliéster usando el acetato de zinc como catalizador y variando la relación de peso entre PET y DEG. Se llegaron a cuatro relaciones diferentes 1:2, 1:1, 1,2;1 y 1,6:1 en peso entre PET:DEG con los siguientes promedios de número de hidroxilo: 952 , 495, 484, 387 mg KOH/g respectivamente; con la relación 1:1 en peso entre el PET:DEG se hizo el análisis de curvas de calentamiento para observar el comportamiento el avance de reacción junto al análisis de datos de la prueba de termogravimetría (TGA). En la tercera etapa se realizó la formulación y producción de poliuretanos rígidos y poliisocianuratos usando los polioles poliéster producidos. La inclusión de los polioles poliésteres producidos se realizó en distintos porcentajes del poliol formulado. Se evaluaron las propiedades mecánicas de las piezas producidas como la resistencia a la compresión, deformación creep, estabilidad dimensional y factor k (el cual indica que tan eficiente es el producto para el aislamiento térmico la cual es una de las principales aplicaciones del poliuretano rígido) teniendo resultados positivos sobre las propiedades de resistencia a la compresión en una mejora del 9.5% y en el factor k en un 9.8% con respecto a los datos de la pieza de poliuretano de referencia sin poliol poliéster producido. Estos resultados indican que es posible el uso de polioles poliésteres producidos en la formulación de poliuretanos y ayudan a la reducción de costos en la fabricación de poliuretanos. (Texto tomado de la fuente)
Development of a Colombian starch based Starbon® type material for its use as catalyst in fatty acid esterification
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Zabala Vásquez, Milena Alexandra; Orjuela Londoño, Alvaro; Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos
Mesoporous materials are attractive supporting structures for heterogeneous catalysis as they facilitate access and mobility of large molecules, thus improving yields in a variety of chemical reactions. Among different materials, Starbon® materials are mesoporous carbons which can be advantageously synthesized from biobased sources, be further acid-activated to be used as catalysts in esterification reactions. Conventionally, Starbons® are produced using a high-amylose-content starch, which guarantees a high mesopore volume due to the arrangement of amylose molecules during the synthesis process. Looking for the valorisation of waste streams and low-cost raw materials, the use of starch derived from common roots and tubers needs to be studied. According to Colombian National Planning Department, nearly 5 Mton of roots and tubers are produced in the country, nevertheless, nearly 30% are discarded during production stages as they do not meet quality standards. In this regard, this work focused on understanding and optimizing the surface properties of Starbon® materials derived from cassava starch for its subsequent use as catalyst in long-chain esterification reactions. The synthesis of Starbon materials involves gelatinization, retrogradation, solvent exchange and carbonization steps, which conditions were assessed, firstly by an exploratory analysis, and subsequently by a Factorial 32 and Box-Behnken experimental designs, taking surface area, pore volume and pore size as response variables. A method for the synthesis of cassava-derived Starbon was proposed. The obtained cassava-Starbon exhibited a surface area of 263 m2/g, with a mean pore diameter of 3.7 nm and a pore volume of 0.2cm3/g. Subsequently, the material was sulfonated and tested in the batch esterification of stearic acid with isopropyl alcohol, considering the growing market in fatty acid esters industry. Cassava-Starbon catalyst enabled slightly higher conversion and higher turn-over number (0.15 mol/s H+Eq) compared to widely used ion exchange resins.
Encapsulamiento de aceite de cannabis para uso como ingrediente activo en productos de consumo cosmético
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Flórez Bautista, Bayron Germán; Rodríguez Niño, Gerardo; Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos
El aceite de cannabis debido a la presencia de cannabinoides, terpenoides y flavonoides presenta funciones activas y de valor nutricional o en tratamientos para la epilepsia, manejo del dolor, inflamación y desordenes neurodegenerativos. Debido a la variedad de las propiedades físicas de sus compuestos, esta puede presentar diferentes retos a la hora de su integración como ingrediente activo en productos. Entre estos se relacionan impactos de en el perfil olfativo, impacto en la estabilizas del producto y modificaciones o pérdida de metabolitos deseados. A modo de presentar un abordaje para enfrentar estos retos, se propone la encapsulación del aceite como una metodología que permite cubrir estos frentes. Para este abordaje, se hace un primer acercamiento alrededor de la contextualización de la planta de cannabis, sus compuestos, mercado actual de su extracto y su uso en diferentes productos en el mercado reciente. Posteriormente se aborda los mecanismos de encapsulación, sus principios y el desarrollo de tres diferentes rutas para su obtención. Realizado este contexto, se selecciona la coalescencia como mecanismo de encapsulamiento debido principalmente a su acceso tecnológico y de insumos. Así mismo, debido a la falta de bibliografía de la encapsulación del aceite bajo esta metodología y materiales encapsulantes, se diseña el proceso por medio de la revisión bibliográfica de este en otras aplicaciones. A partir de esto, se obtienen partículas de un tamaño medio de 9,43μm que posteriormente son caracterizadas por medio de la medición de su potencial Z en diferentes medios de pH, análisis termogravimétrico y la presentación de su morfología por medio de microscopia electrónica de barrido. A través de estos análisis se pudo identificar la encapsulación del aceite, así como la estabilidad de estas en un medio dado para la aplicación cosmética planteada. En torno a su aplicación cosmética, se evalúo el impacto a tres diferentes concentraciones (0.15%, 0.20% y 0,25%) dentro de la formulación emulsionada cosmética. Esta estabilidad se desarrolla sometiendo al producto en un ambiente de 45°C en horno y corroborando por medio cualitativo tras su centrifugación la no separación de fases a lo largo del mes de evaluación. Finalmente, se encontró la metodología capaz de formar partículas que proveen la protección y asilamiento del aceite, igualmente, que cargas superficiales pueden favorecer la estabilidad de los sistemas emulsionados (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de riesgo ambiental potencial generado en accidentes de tránsito involucrando vehículos de transporte de hidrocarburos líquidos, usando herramientas de software libre
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-06-26) Godoy Silva, Natalia; Orjuela Londoño, Alvaro; David Edward, Herrick; Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos
En Colombia, el transporte de sustancias químicas peligrosas se lleva a cabo empleando vehículos de carga terrestre, los cuales distribuyen estas sustancias a lo largo del país. Entre las sustancias peligrosas de mayor volumen transportado se destacan los combustibles líquidos como la gasolina y el ACPM, los cuales se llevan desde las subestaciones o estaciones de bombeo hasta las estaciones de servicio ubicadas en todo el territorio nacional. El transporte terrestre de dichas sustancias conlleva un peligro y riesgo inherente, tanto para los transportadores como para las comunidades y el ecosistema aledaño a los corredores viales por los que transitan estas sustancias. Con el fin de evaluar el posible riesgo e impacto ambiental que acarrearía un incidente que involucre el derrame de sustancias químicas peligrosas, en particular de hidrocarburos líquidos, se realizó un estudio de simulación utilizando herramientas de software libre. Inicialmente se adelantó un análisis para identificar r los hidrocarburos que representan el mayor riesgo, así como los corredores viales de mayor accidentalidad. Posteriormente se realizó la selección de la herramienta de software libre más adecuada para implementar estudios de riesgo en el sector transporte. Debido a que la herramienta seleccionada (ALOHA®) solo permite modelar sustancias puras, se desarrolló una metodología para evaluar qué sustancias químicas puras se podrían usar como compuestos subrogados para el modelamiento de mezclas de hidrocarburos. Seguido de esto, se adelantó un análisis de escenarios para modelar un incidente que involucró la liberación de combustible en un corredor vial de alta accidentalidad en el país. Se analizó el efecto de usar sustancias subrogadas y sustancias con propiedades definidas por el usuario. Se evaluaron eventos de liberación de líquido, dispersión en nube de vapor e incendio. Esto permitió evaluar zonas de afectación, riesgos de exposición química y de afectación por radiación, así como estimar los impactos ambientales de punto medio.
Diseño de un medio de cultivo a partir de vinaza y miel de caña de azúcar para la producción de proteína unicelular de Candida utilis
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-06-06) Salazar Garrido, Juan Sebastian; Serrato Bermúdez, Juan Carlos; Parrado Saboyá, Darly Silvana; Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos
En este trabajo final de maestría se abordó el diseño de un medio de cultivo para la producción de proteína unicelular (SCP, single cell protein) a partir de la levadura Candida utilis utilizando vinaza y miel de caña de azúcar como sustrato. Todo lo desarrollado fue enfocado en su aplicación en la industria alimentaria. Para el diseño del medio de cultivo se realizó un diseño experimental de 2 factores para evaluar el efecto de la concentración de vinaza y miel de caña de azúcar en la concentración celular del medio de cultivo, el propósito de este trabajo fue encontrar un medio de cultivo cuya composición produjera una alta concentración celular mediante un análisis estadístico. En los resultados se encontró un medio compuesto por 45 g/L de miel de caña y 16% v/v de vinaza. Con este medio se alcanzó una concentración de SCP fue de 15,706 g/L con un contenido de proteína del 56,17% y una concentración celular de 5,413*108 células/mL. Además, se llevó a cabo un estudio cinético para el crecimiento celular, donde se midió la concentración celular en el medio, la SCP producida y el consumo de azúcares. Para este estudio se encontró que el tiempo de duplicación de la concentración celular fue de 2,045 horas y la velocidad máxima de crecimiento especifico (μ max) fue de 0,3408 h-1. Finalmente se estimaron los costos operativos para la producción de proteína unicelular (SCP) a partir de Candida utilis con el medio de cultivo anteriormente propuesto. En donde se encontró un costo de operación aproximadamente de 18827,663 COP/Kg de levadura producida. Se concluyo que sustratos de bajo costo como la vinaza y la miel de caña de azúcar pueden ser una estrategia eficiente para la obtención de SCP, la cual es un producto de alto valor. (Texto tomado de la fuente).
Evaluating the chemoresistant effect of poor prognosis-associated gene IGJ overexpression in a B-acute lymphoblastic leukemia model
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Moreno Cristancho, Camilo Ernesto; Godoy Silva, Rubén Darío; Gutierrez Triana, José Arturo; https://orcid.org/0000-0002-0402-0530; Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos
La Leucemia Linfoblástica Aguda (LLA) es una neoplasia hematológica que se caracteriza por la proliferación desordenada de células progenitoras de linaje linfoide B o T, siendo comúnmente diagnosticada en la población pediátrica y mostrando agresividad en adultos. A pesar de que Colombia ocupa el tercer lugar mundial en incidencia de LLA, la información sobre perfiles genéticos específicos en su población es insuficiente. En estudios recientes con pacientes adultos colombianos con LLA-B, tanto respondedores como no respondedores al tratamiento quimioterapéutico de inducción, se identificó un perfil con elevada expresión simultánea de los genes IGJ (Immunoglobulin J polypeptide), ID3 (DNA-binding protein inhibitor 3) e ID1 (DNA-binding protein inhibitor 1). Sin embargo, La relevancia funcional de esta firma génica de mal pronóstico en LLA-B, especialmente la del gen IGJ, es desconocida al carecer de información asociada con la quimiorresistencia. En este trabajo, establecimos un modelo celular de LLA-B con la sobreexpresión del gen de mal pronóstico IGJ utilizando la activación transcripcional mediada por CRISPR (IGJ_CRISPRa) para evaluar posibles alteraciones en la actividad metabólica y la resistencia a agentes quimioterapéuticos comúnmente utilizados en el tratamiento de la LLA. El análisis de RT-qPCR de las células IGJ_CRISPRa demostró un aumento sustancial en la expresión del gen endógeno IGJ a las 96, 120 y 144 horas después de la nucleofección, junto con alteraciones menores en la expresión génica de ID3 e ID1. Además, la evaluación de la actividad metabólica y la quimiorresistencia en las células IGJ_CRISPRa reveló un aumento en la actividad metabólica y la resistencia a dexametasona, metotrexato, doxorrubicina, y un aumento moderado en la resistencia a citarabina. Esto sugiere una posible asociación entre el gen IGJ y los mecanismos epigenéticos que alteran la expresión génica y las vías metabólicas. (Texto tomado de la fuente).
Evaluación técnica de un reactor auger para el proceso de pirólisis rápida de biomasa
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Peña Sterling, Daniel Esteban; Chejne Janna, Farid; Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas
Se demostró a través del modelamiento y simulación que un reactor auger es una alternativa tecnológica viable para obtener biocombustibles con rendimientos de hasta el 65% mediante el proceso de pirólisis rápida de biomasa. Se comparó inicialmente con diferentes reactores usados actualmente en la industria, identificando sus ventajas y desventajas. Posteriormente, se modela la reacción química en el reactor asumiendo el comportamiento de flujo pistón, en estado estacionario y con el uso de balines de acero como elemento transportador de calor. Se soluciona numéricamente el modelo y se usaron datos tomados de literatura para realizar un análisis paramétrico, permitiendo determinar que la temperatura de reacción y el diámetro de partícula de biomasa tienen alta incidencia en el rendimiento de productos alcanzados. Se prueba el modelo usando datos experimentales de la literatura, encontrando buen ajuste para ciertas condiciones de operación, con una desviación media relativa de hasta 7.2 %. (Texto tomado de la fuente).

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