Evaluación de la calidad del mezclado para el escalamiento de la carbonización hidrotérmica

Maximiliano Alba Ruíz (2023, [Tesis de maestría])

La carbonización hidrotérmica es un proceso termoquímico para la producción de hidrocarbón a partir de biomasa. Se realiza en reactores bifásicos sólido-líquido, por lo que la calidad del mezclado es fundamental para su correcto funcionamiento. Por ello, este trabajo propone el uso de técnicas de CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) para asegurar la calidad de mezclado durante el escalamiento de un reactor agitado. Para el escalamiento se empleó un factor de 1:25, tomando como referencia los resultados obtenidos en un reactor a escala laboratorio de 200 ml. Además, se empleó el criterio de similaridad dinámica, manteniendo la potencia por unidad de volumen constante. Se analizó el efecto de la velocidad de agitación (299 rpm – 474 rpm), el tamaño del agitador (dtanque/6 – dtanque/4) y la posición del agitador dentro del reactor (htanque/6 – htanque/2). Como etapa preliminar se consideró un sistema monofásico con propiedades similares a los de la suspensión y se implementó un diseño central compuesto, a fin de obtener un modelo predictivo de las variables de respuesta consideradas: tiempo de mezclado y dispersión de velocidad. Para evaluar el tiempo de mezclado, se consideró la inyección de un trazador en las simulaciones, a fin de observar su distribución en función del tiempo. Con los resultados obtenidos a partir de las simulaciones se determinó que la configuración que proporciona la mayor homogeneidad del sistema escalado corresponde a una velocidad de agitación de 386 rpm, diámetro del agitador equivalente a dtanque/2.6 y una posición del agitador de htanque/3. Con esta configuración se tuvo un tiempo de mezclado de 17.7 s y una dispersión de velocidad del 82.81 %. Esta configuración se empleó posteriormente en la simulación del sistema bifásico. Los resultados de la simulación evidencian el efecto de escalamiento, ya que se obtuvieron tiempos de mezclado a escala laboratorio de 5 s, mientras que para la escala semi-piloto (5 l) se estimó en 6 min. Estos resultados servirán de base para estudiar el efecto de la heterogeneidad del sistema sobre el desarrollo del proceso de carbonización, durante el escalamiento de este.

Hydrothermal carbonization is a thermochemical process to produce hydrochar from biomass. This process is carried out in solid-liquid biphasic reactors, so the quality of the mixing is essential for its correct operation. This work proposes the use of CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques to ensure the quality of mixing during the scale-up of a stirred reactor. A scaling factor of 1:25 was used, taking as reference the results obtained in a 200 ml laboratory-scale reactor. The dynamic similarity criterion was used, keeping the power per unit volume constant. The effect of the stirring speed (299 rpm - 474rpm), the size of the stirrer (dtank/6 – dtank/4) and the position of the stirrer inside the reactor (htank/6 – htank/2) were analyzed. As a preliminary stage, a homogeneous system with properties like those of the suspension was considered, and a central composite design was implemented, to obtain a predictive model of the considered response variables: mixing time and velocity dispersion. To evaluate the mixing time, the injection of a tracer was considered in the simulations, to observe its distribution as a function of time. With the results obtained from the simulations, it was determined that the configuration that provides the greatest homogeneity of the scaled system corresponds to a stirring speed of 386 rpm, agitator diameter equivalent to dtank/2.6 and a stirrer position of htank/3. With this configuration, a mixing time of 17.7 s and a speed dispersion of 82.81 % were obtained. This configuration was later used in the simulation of the two-phase system. The results of the simulation of the biphasic system show the scaling effect, since mixing times of 5 s were obtained at the laboratory scale, while for the semi-pilot scale (5 l) it was estimated at 3 min. These results will serve as a basis to study the effect of the heterogeneity in the system on the development of the carbonization process, during its scaling.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Síntesis y caracterización de fibras no tejidas de PLA/quitosano/ZnO y evaluación de propiedades

Elizabeth Meritxell Albineda Cano (2023, [Tesis de maestría])

Los graves problemas de salud causados por bacterias que han generado resistencia ante los medicamentos y la creciente preocupación por la contaminación ambiental en todo el mundo ha motivado el desarrollo de telas no tejidas biodegradables con propiedades antibacterianas. El objetivo del presente trabajo consiste en fabricar fibras no tejidas de poli (ácido láctico) (PLA) mediante electrospinning incorporando agentes antibacteriales como lo son el quitosano y las nanopartículas (NP) de ZnO. El desarrollo de estos materiales se llevó a cabo mediante el estudio de diversos parámetros de procesamiento, como voltaje, velocidad de alimentación y distancia de aguja al colector, con el objetivo de obtener fibras no tejidas con buenas propiedades mecánicas y antibacteriales. Estos estudios se condujeron a través de metodologías de diseños de experimentos (DOE) con el fin de determinar la influencia de los parámetros de procesamiento en las propiedades de las fibras. La composición de las fibras se determinó mediante FTIR, obteniendo las señales características de los componentes orgánicos presentes en las fibras. Por otro lado, se detectó la presencia del ZnO mediante espectroscopía de absorción UV-vis.

Además, las fibras no tejidas obtenidas presentaron una degradación hidrolítica notable después de 100 días a un pH=10, propiedades antibacteriales de contacto contra las bacterias E. Coli y S. Aureus, resistencia al desgarro de 0.43 N y una capacidad de biodegradación por composta después de 18 días mayor a una muestra de celulosa. Estas fibras no tejidas tienen potencial aplicación en apósitos para heridas, textiles médicos, tratamiento de agua y filtros de aire.

Serious health problems caused by bacteria such as bacterial drug resistance as well as the growing concerns relating environmental pollution around the world have prompted the development of biodegradable non-woven fabrics with antibacterial properties. The objective of this work is to manufacture polylactic acid non-woven fibers by electrospinning incorporating antibacterial agents such as chitosan and ZnO nanoparticles. The development of these materials was carried out by studying various processing parameters, such as voltage, feeding speed and distance from needle to collector, with the aim of obtaining non-woven fibers with good mechanical and antibacterial properties. These studies were conducted through Design of Experiments (DOE) methodologies in order to determine the influence of processing parameters on fiber properties. The composition of the fibers was determined by FTIR, obtaining the characteristic signals of the organic components present in the fibers. On the other hand, the presence of ZnO was detected by UV-vis absorption spectroscopy.

In addition, the obtained non-woven fibers exhibited remarkable hydrolytic degradation after 100 days at pH=10, contact antibacterial properties against E. Coli and S. Aureus bacteria, tear strength of 0.43 N, and biodegradation capacity by composting after 18 days greater than a cellulose sample. These nonwoven fibers have potential applications in wound dressings, medical textiles, water treatment, and air filters.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

La hidráulica en la División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería de la UNAM

FELIPE IGNACIO ARREGUIN CORTES (1989, [Artículo])

La creciente demanda de agua en nuestro país es uno de los retos que deben resolverse en el corto plazo; para ello, es necesario formar recursos humanos capacitados en todos los niveles: técnico, licenciatura y posgrado. La matrícula actual del posgrado en México es de 3.8% del total de los alumnos inscritos en licenciatura, mientras que en países como Inglaterra es del 46% y en Francia del 50%. En 1983, solamente se graduó en las áreas de ingeniería el 12% de los alumnos inscritos a algún programa de posgrado. La situación también es crítica en el área de Ingeniería Hidráulica a nivel de posgrado; los datos existentes muestran que no se habían formado más de 250 especialistas, maestros o doctores hasta diciembre de 1988, aun cuando se ofrecen programas de posgrado en algunas áreas de la hidráulica en los estados de Chihuahua, Nuevo León, Querétaro, San Luis Potosí, Tabasco, Tamaulipas, Zacatecas y en el Distrito Federal. En este artículo se presenta una visión retrospectiva y la situación actual de los planes de estudio de especialización, maestría y doctorado que se ofrecen en la Sección de Hidráulica en la División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, en sus instalaciones de México D.F. y Cuernavaca, Morelos.

Educación superior Hidráulica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Estrategias para mejorar la calidad del efluente de un sistema de tratamiento por digestión anaerobia de vinazas de tequila

ADRIANA SERRANO MEZA Marco Antonio Garzón Zúñiga BLANCA ESTELA BARRAGAN HUERTA EDSON BALTAZAR ESTRADA ARRIAGA (2017, [Ítem publicado en memoria de congreso])

El objetivo del trabajo es evaluar el desempeño de un Biofiltro Anaerobio Sumergido (BAS) empacado con Tezontle en la remoción de contaminantes de las vinazas de tequila para generar una tecnología que pueda ser implementada por los pequeños y medianos productores de tequila.

Industrias Aguas residuales Biodegradación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Hybrid solar-geothermal energy absorption air-conditioning system operating with NaOH-H20 - Las Tres Vírgenes (Baja California Sur), "La Reforma" case

YURIDIANA ROCIO GALINDO LUNA EFRAIN GOMEZ ARIAS Rosenberg Romero EDUARDO VENEGAS REYES MOISES MONTIEL GONZALEZ HELENE EMMI KARIN UNLAND WEISS ANTONIO GONZALEZ FERNANDEZ JORGE DIAZ SALGADO (2018, [Artículo])

Solar and geothermal energies are considered cleaner and more useful energy sources that can be used to avoid the negative environmental impacts caused by burning fossil fuels. Several works have reported air-conditioning systems that use solar energy coupled to geothermal renewable energy as a thermal source. In this study, an Absorption Air-Conditioning System (AACS) used sodium hydroxide-water (NaOH-H2O) instead of lithium bromide-water to reduce the cost. Low enthalpy geothermal heat was derived from two shallow wells, 50 and 55 m deep. These wells are of interest due to the thermal recovery (temperature vs. time) of 56.2 _C that was possible at the maximum depth, which can be used for the first stage of the process. These wells were coupled with solar energy as a geothermal energy application for direct uses such as air-conditioning systems. We studied the performance of an absorption cooling system operating with a NaOH-H2O mixture and using a parabolic trough plant coupled with a low enthalpy geothermal heat system as a hybrid heat source, as an alternative process that can help reduce operating costs and carbon dioxide emissions.

Aire acondicionado Energía geotérmica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Seismic vulnerability of buried pipelines

JOSE RAUL FLORES BERRONES XIANGYUE LI LIU (2003, [Artículo])

En este trabajo se presenta la problemática del daño que los sismos producen sobre las tuberías enterradas, las consecuencias de la falla y la metodología que hoy en día existe para su análisis al considerar los efectos de las deformaciones permanentes del suelo y el de la propagación de ondas sísmicas. De igual manera, se presentan algunos procedimientos simplificados disponibles para tomar en cuenta este efecto en el diseño de tuberías continuas y segmentadas. Finalmente se dan algunas recomendaciones que se deberán tomar en cuenta en el diseño e instalación de tuberías ubicadas en zonas sísmicas.

Tuberías Agua potable Sismos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Determinación de la eficiencia de aplicación en riego por gravedad

Juan Manuel Angeles HELENE EMMI KARIN UNLAND WEISS Maria Dolores Olvera Salgado (2017, [Objeto de congreso])

En México se estima que más del 90% de la superficie regada, principalmente en los distritos de riego, se utiliza el método de riego por gravedad. Algunos estudios indican que este método no es muy eficiente debido a la pérdida de agua por percolación profunda y escurrimiento superficial. El propósito de este artículo es determinar la eficiencia de aplicación del riego por gravedad, a través de la estimación del requerimiento de riego de los cultivos y de la medición de la lámina de riego obtenida de aforos volumétricos, en parcelas del distrito de riego 011 Alto río Lerma, Guanajuato.

Riego por gravedad Eficiencia hidráulica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Diagnóstico integral de planeación y modelación hidráulica de la Comisión de Agua Potable y Alcantarillado de Cancún (CAPA)

RODRIGO ULISES SANTOS TELLEZ (2017, [Documento de trabajo])

Con el propósito de fortalecer la recuperación ecológico-ambiental de la Península de Yucatán, el proyecto ha tenido como objetivo elaborar un programa jerarquizado de acciones e inversiones, para la gestión y mejora de eficiencias del sistema de abastecimiento de agua potable de la ciudad de Cancún, en el estado mexicano de Quintana Roo, proyectado a corto y mediano plazo. Lo anterior, con el fin de modernizar los servicios de agua potable, alcantarillado y saneamiento en un marco de autosuficiencia técnica, financiera y ambiental. Para lograrlo, se realizó un diagnóstico integral de planeación, así como un modelo de simulación hidráulica de la red de abastecimiento con el que se obtiene un programa de acciones jerarquizado, para orientar la gestión y mejora de eficiencias e inversiones del organismo operador.

Organismos operadores Organización y administración Protección ambiental Cancún, Quintana Roo INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Inferencia de estructuras vorticosas del flujo que pasa alrededor de un obstáculo, mediante un modelo euleriano tridimensional

Cecia Millán-Barrera HERMILO RAMIREZ LEON (2001, [Artículo])

Hace más de cien años, se infirió la existencia de corrientes secundarias basándose en el hecho de que la velocidad máxima en canales se encuentra justo debajo de la superficie libre, y el de la variación cíclica de sólidos suspendidos en la dirección transversal de un canal. A pesar de su aparente debilidad, las corrientes secundarias juegan un papel esencial en la transferencia lateral de cantidad de movimiento, calor y masa en un canal, por tanto, su variación es tridimensional. Asimismo, son responsables en gran parte de las formas de fondo, en flujos con gran contenido de sedimentos suspendidos. En este artículo se presentan los resultados obtenidos con un modelo euleriano tridimensional que incluye la ecuación estadística de la vorticidad.

Vórtices Modelos tridimensionales Turbulencia INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Determinación del efecto de promotores de turbulencia en el arrastre de la película de enfriamiento de álabes de turbina de gas

EDER URIEL MARTÍNEZ SANDOVAL (2022, [Tesis de doctorado])

En el presente trabajo de investigación se presenta un estudio numérico para

analizar el efecto que tiene el uso de promotores de turbulencia dentro del

canal de enfriamiento sobre la eficiencia de la película de enfriamiento de los

álabes de una turbina de gas. Se compara el aumento de la rugosidad dentro

del canal de enfriamiento (uso de promotores de turbulencia) contra una pared

lisa (condición normal) y cómo estos cambios influyen en la eficiencia de la

película de enfriamiento. Se emplea el modelo de turbulencia a k-ε RNG para

resolver el flujo turbulento, debido a las buenas aproximaciones que se

presentan entre cálculos de CFD y mediciones experimentales de la eficiencia

de la película de enfriamiento. Se varió la relación de soplado con el objetivo

de encontrar la relación que beneficie a la película de enfriamiento, además,

se varió la relación de K=L/h, donde L es la distancia entre los promotores y h

es la altura del promotor de turbulencia dentro del canal de enfriamiento. Los

resultados mostraron que con una relación de soplado M=0.5, la eficiencia de

la película de enfriamiento, la cobertura de protección de la película y la

temperatura en la superficie de la placa plana aumentan significativamente con

el uso de los promotores de turbulencia en el canal de refrigeración, además

que, la mejor eficiencia de la película de enfriamiento se encontró para una

relación de K=11.

In this research work, a numerical study is presented to analyze the effect of

turbulence promoters within the cooling channel on the film cooling

effectiveness of the gas turbine blades. The increase in roughness within the

cooling channel (use of turbulence promoters) is compared against a smooth

wall (normal condition) and how these changes influence the film cooling

effectiveness. The k-ε RNG turbulence model is used to solve the turbulent

flow, due to the good approximations between CFD calculations and

experimental measurements of the cooling film efficiency. The blowing ratio

was varied to find the condition that benefits the film cooling effectiveness, in

addition, the K=L/h ratio was varied, where L is the distance between the

promoters and h is the height of the turbulence promoter inside the cooling

channel. The results showed that with a blowing ratio M=0.5, the film cooling

effectiveness, the protective coverage of the film, and the temperature on the

surface of the flat plate increase significantly with the use of the turbulence

promoters in the cooling channel, in addition to that, the best efficiency of the

cooling film was found for a ratio of K=11.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS