El presente trabajo consiste en el modelamiento matemático para la determinación del destino de los contaminantes que son generados en las fuentes de emisión y son transportados hacia la atmosfera. Dependiendo de los datos que se dispone y los objetivos del modelamiento, se puede implementar los modelos euleriano y lagrangiano (gaussiano). El modelo euleriano tiene la gran ventaja de que se pueden introducir reacciones químicas en el proceso de dispersión; sin embargo, dependiendo del número de ecuaciones, si se considera el transporte por advección y difusión tridimensional, este número será muy grande, lo cual restringirá su uso debido al desbordamiento de la capacidad del software. El modelo gaussiano resulta ser más fácil de implementar; sin embargo, su dificultad radica en que no se puede introducir las reacciones químicas y fotoquímicas que si se dan en la atmosfera ...

El modelamiento y simulación es una herramienta predictiva que permite conocer con antelación los procesos de desoxigenación y desoxigenación de los cuerpos de agua, por presencia de carga orgánica. Se presenta varios modelos para simular la calidad de los cuerpos de agua, en términos de materia orgánica biodegradable y oxígeno disuelto; la materia orgánica considerada es de dos tipos: carbonácea y nitrogenada. Se selecciona seis modelos de calidad del agua, los cuales van desde el modelo básico de Streeter-Phelps, hasta modelos que consideran los procesos de inclusión de cargas puntuales y difusos (respiración y fotosíntesis). La solubilidad del oxígeno en agua se obtiene mediante ecuaciones que consideran la influencia de la temperatura, el contenido de sal y la presión; el coeficiente de dispersión se obtiene por el método de momentos estadísticos; las constantes ci...

El modelamiento de todos los procesos físicos tanto de origen natural, aquellos generados por la intervención del hombre, hoy en día se constituye una herramienta fundamental e imprescindible para estudiar la puesta en marcha de una nueva planta industrial, mejorar los procesos en una planta ya existente o para predecir fenómenos físicos naturales entre otros; particularmente, el estudio de los procesos químicos se llevan a cabo en unos equipos denominados reactores químicos y uno de estos tipos de reactores son los denominados reactores semicontinuo, cuya denominación es debido a las diversas formas de operación que se lleva acabo. Cabe mencionar que los reactores batch y continuo, son casos particulares de operación de los reactores semicontinuo. En estos reactores semicontinuo es posible plantear las ecuaciones de conservación de masa total, las ecuaciones de conservación ...

Se ha estudiado la forma de encontrar los parámetros de los modelos reológicos, los reogramas y los parámetros de flujo de los fluidos no newtonianos mediante una solución de alcohol polivinílico al 4% y 10 % en peso en agua ambos a las temperaturas de 20 °C y 35 °C. Los datos experimentales de esfuerzo de corte y velocidad de corte reportado para esta solución se intentaron correlacionar con alrededor de 20 modelos de fluidos no newtonianos independientes del tiempo, obteniendo que solo 5 modelos lograron el propósito una buena correlación, cuya validez fue determinada a través de pruebas estadísticas como el índice de correlación cercana a la unidad y la varianza cercana a cero. Estos modelos que satisfacen de manera apropiada los test estadísticos antes indicados son los siguientes modelos: Ferrys, Roberston-Stiff, Williamson, Sisko y Ellis de Haven.

El desarrollo del presente trabajo de investigación, consiste en el diseño y construcción de un generador eólico de eje vertical, el cual posee muchas ventajas respecto al generador clásico de eje horizontal. En primer lugar se ha estudiado las ecuaciones físicas que gobiernan la transformación de la energía del viento (energía eólica), en energía mecánica (movimiento angular de un eje provisto de paletas) y su posterior transformación en energía eléctrica a través de la inducción de las bobinas de un alternador. Previamente, se ha investigado los subtipos de alabes que contienen los generadores eólicos de eje vertical, llegando a la conclusión de que en realidad hay un número ilimitado de diseños, cual me permitió desarrollar mi propio diseño, tomando en consideración que estos tipos de diseño son en parte ciencia y en parte arte. Habiendo planeado el tipo de pa...

La investigación tiene como objetivo modelar y simular la dispersión de los contaminantes gaseosos de la tropósfera mediante el mecanismo de advección producido en un volumen de control. Este modelo de dispersión considera como flujo de entrada al volumen del aire que contiene ciertos contaminantes primarios como óxido de nitrógeno, hidrocarburos, dióxido de carbono, monóxido de carbono, entre otros. En este volumen de control, ocurren diversas reacciones químicas y fotoquímicas, cuyos complejos mecanismos han tomado aproximadamente 80 años de estudio. Parte de los contaminantes primarios se convierten en secundarios, los cuales son nocivos, por ejemplo: el ozono, aldehídos, radicales libres, etc. El método se sustenta en los mecanismos de reacción y las constantes cinéticas obtenidas por Fallen, Seinfeld y trabajos realizados de Crutzen, Rowland y Molina. L...

La investigación tiene como objetivo modelar y simular la dispersión de los contaminantes gaseosos de la tropósfera mediante el mecanismo de advección producido en un volumen de control. Este modelo de dispersión considera como flujo de entrada al volumen del aire que contiene ciertos contaminantes primarios como óxido de nitrógeno, hidrocarburos, dióxido de carbono, monóxido de carbono, entre otros. En este volumen de control, ocurren diversas reacciones químicas y fotoquímicas, cuyos complejos mecanismos han tomado aproximadamente 80 años de estudio. Parte de los contaminantes primarios se convierten en secundarios, los cuales son nocivos, por ejemplo: el ozono, aldehídos, radicales libres, etc. El método se sustenta en los mecanismos de reacción y las constantes cinéticas obtenidas por Fallen, Seinfeld y trabajos realizados de Crutzen, Rowland y Molina. L...

En esta investigación, se realizó el cálculo de los parámetros reológicos de una muestra de champú usando el modelo de Carreu – Yasuda, el mismo que se efectuó mediante el método de regresión no lineal, el cual consiste en la formulación de una función objetivo que viene a ser la suma de la diferencia al cuadrado entre los datos observados experimentalmente y los estimados, obtenidos a partir del modelo propuesto mediante el modelo de Carreu-Yasuda. Dicha función objetivo se deriva, parcialmente, respecto a cada uno de los cinco parámetros del modelo y luego se iguala a cero. Este procedimiento permite obtener cinco ecuaciones algebraicas no lineales, que han sido resueltas con el software Polymath. Los datos experimentales fueron tomados de una publicación de la Revista Latinoamericana de Física. En dicho artículo, los datos experimentales se obtuvieron con el viscosí...

En esta investigación, se realizó el cálculo de los parámetros reológicos de una muestra de champú usando el modelo de Carreu – Yasuda, el mismo que se efectuó mediante el método de regresión no lineal, el cual consiste en la formulación de una función objetivo que viene a ser la suma de la diferencia al cuadrado entre los datos observados experimentalmente y los estimados, obtenidos a partir del modelo propuesto mediante el modelo de Carreu-Yasuda. Dicha función objetivo se deriva, parcialmente, respecto a cada uno de los cinco parámetros del modelo y luego se iguala a cero. Este procedimiento permite obtener cinco ecuaciones algebraicas no lineales, que han sido resueltas con el software Polymath. Los datos experimentales fueron tomados de una publicación de la Revista Latinoamericana de Física. En dicho artículo, los datos experimentales se obtuvieron con el viscosí...

Se investiga la dinámica del proceso de esterificación del ácido acético con metanol para la obtención de acetato de metilo, considerando el flujo de ácido acético desde un tanque cónico y el de metanol desde un tanque cilíndrico. En ambos casos, los flujos y la temperatura son variables. Los reactivos se descargan a un reactor esférico, donde se realiza la reacción de esterificación, las condiciones de volumen, temperatura y concentración son dependientes del tiempo. La constante específica de velocidad de reacción y la constante de equilibrio en función a la temperatura son datos reportados de literatura especializada. Para el modelamiento de este proceso se establece los balances de masa global, balance de masa por cada componente y los balances de energía en cada uno de los tanques lo cual conduce a la obtención de un sistema de catorce ecuaciones diferenciales ordi...

La simulación es una herramienta predictiva económica y rápida para conocer con antelación diversos procesos. En el presente trabajo, se ha aplicado a los procesos de desoxigenación y reoxigenación en los cuerpos de agua, por presencia de carga orgánica. Se ha modelado la demanda carbonácea y nitrogenada de los cuerpos de agua, tanto para régimen estacionario y no estacionario, considerando el modelo de advección, difusión y reacción. Para el caso no estacionario, se toman en cuenta dos escenarios: uno de ingreso instantáneo (tipo pulso) del contaminante y el otro, de ingreso permanente. La solubilidad del oxígeno en agua se obtiene mediante ecuaciones que consideran la influencia de la temperatura, el contenido de sal y la presión. Se desarrollaron, calibraron y ejecutaron los programas respectivos, considerando que las curvas de decaimiento de la materia orgánica, expre...

Se presenta una revisión bibliográfica sobre la biomasa y sus principales usos, principalmente como combustible para el proceso de gasificación; para lograr obtener dicho combustible, se ha diseñado un gasificador de lecho fijo tipo crossdraft (gasificador de flujo cruzado), con flujo natural de aire; es decir que el ingreso de aire es regulado mediante una válvula en la zona de succión. El gasificador antes indicado tiene las siguientes partes: Cámara de combustible, donde se suministra la biomasa acondicionada (previamente secada y densificada, con una capacidad aproximada de 80 Kg/h; cámara de ingreso de aire, que es regulada a través de un mecanismo de apertura y cierre de dicha cámara; cámara de combustión primaria, donde se realiza los procesos de pirolisis, oxidación y reducción en forma simultánea, produciéndose el gas de síntesis; cámara de combustión secundar...

El presente trabajo consiste en el modelamiento matemático para la determinación del factor de efectividad interno de catalizadores heterogéneos. Se aborda reacciones denominadas sencillas que básicamente son de primer orden irreversibles y reacciones complejas considerando aquellas de tipo académico y las que se utilizan en procesos industriales tales como la deshidrogenación del ciclohexanol, la oxidación del ortoxileno y la oxidación del dióxido de azufre. Los diferentes cálculos se han realizado en condiciones isotérmicas y no isotérmicas (endotérmicas y exotérmicas) y en régimen estacionario. Para el caso o estacionario se presentan los modelos matemáticos respectivos Para la solución de las ecuaciones diferenciales, según el caso se ha utilizado el método analítico, el método de Bessel, el método de diferencias finitas y el método de lines. Se han considerado...

El presente trabajo de investigación tiene por objetivo encontrar el perfil del factor de efectividad de las partículas de catalizador en el proceso de oxidación del dióxido de azufre a trióxido de azufre que se produce en el interior de un reactor catalítico de lecho fijo. La metodología consiste en la simplificación de las ecuaciones de conservación de materia y energía aplicados a este proceso considerando los efectos de difusión radial y despreciando los efectos de difusión axial; tiene por objetivo encontrar los perfiles de conversión y temperatura dentro del lecho, los cuales se consideran las condiciones externas a las partículas de catalizador; luego se simplifica adecuadamente las ecuaciones de conservación de materia y energía aplicados al proceso que se lleva dentro del catalizador, utilizando los datos globales del reactor, para cada partícula seleccionada ar...

Considerando que la industria textil es una de las industrias más intensivas en uso de agua, y a la vez, más contaminantes por la cantidad de insumos utilizados, entre ellos los colorantes en sus diversas presentaciones tales como directos, reactivos o dispersos; se ha desarrollado la presente investigación que tuvo como objetivo estudiar la cinética de la decoloración de los colorantes reactivo rojo (sumireact supra yellow shbu) y amarillo (sumifix supra lemon yellow e-xf) ambos de tipo cuyo proceso de degradación se realizó mediante la modificación del pH de la solución acuosa de colorante recientemente preparada, la adición de diferentes dosis de TiO2 P-25, exposición a la radiación solar y la agitación de las muestras impulsada por la energía eólica. Se preparó 9 formulaciones de cada color, considerando los pH de 2.25, 3.15 y 4.13 y concentraciones de nanopartícula ...

Informe de actividades de investigación del docente Luis Americo Carrasco Venegas

THE TEXTILE INDUSTRY IS KNOWN FOR ITS EXCESSIVE WATER CONSUMPTION AND ENVIRONMENTAL IMPACT. ONE OF THE MAJOR CHALLENGES IT FACES IS MANAGING POLLUTION GENERATED BY DYES, PARTICULARLY BIFUNCTIONAL DYES, SUCH AS SUMIREACT SUPRA YELLOW S-HBU, WITH A RED APPEARANCE AND SUMIFIX SUPRA LEMON-YELLOW E-XF, WITH A YELLOW APPEARANCE. THIS STUDY AIMED TO INVESTIGATE THE DECOLORIZATION KINETICS OF SYNTHETIC SOLUTIONS OF SAID BIFUNCTIONAL DYES, WHICH COMPRISE TRIAZINE AND VINYLSULFON. WE CONDUCTED VARIOUS TESTS, INCLUDING MODIFICATIONS OF PH, THE ADDITION OF TIO2 P-50 NANOPARTICLES, EXPOSURE TO SOLAR RADIATION, LIMITED CONTACT WITH OXYGEN, AND EOLIC AGITATION. THE INITIAL SOLUTIONS HAD A CONCENTRATION OF 1000 PPM OF TEXTILE DYE. THE STUDY SHOWED THAT THE REACTION ORDER FOR THE “RED” SOLUTIONS IN THE R6 AND R9 REACTORS AND ALL THE YELLOW SOLUTIONS WAS ½. THE CONCENTRATION OF NANOPARTICLES AND PH H...

THE OBJECTIVE OF THIS RESEARCH IS TO FIND THE EFFECTIVENESS FACTOR OF THE CATALYST PARTICLES FOR THE MOST FAVORABLE CONDITIONS OF THE PHTHALIC ANHYDRIDE PRODUCTION IN A FIXED BED REACTOR, WITH THE AIM OF ACHIEVING THE HIGHEST RATE OF PHTHALIC ANHYDRIDE PRODUCTION COMPARED TO OTHER SECONDARY PRODUCTS AND ANALYZING THE AREAS OF LOWER EFFECTIVENESS FOR THE MODIFICATION OF THE REACTOR DESIGN. INITIALLY, THE MATERIAL AND THE ENERGY BALANCES IN THE CATALYTIC BED ARE SOLVED TO OBTAIN THE CONCENTRATION AND TEMPERATURE PROFILES BASED ON THE RADIUS AND LENGTH OF THE REACTOR, USING POLYMATH SOFTWARE(POLYMATH® V6.2 SOFTWARE MINITAB 19 MATLAB 2019) WITH THE DATA FROM LITERATURE. ONCE THE PROFILES REPRODUCIBILITY WAS VERIFIED USING THE INITIAL DATA (INLET TEMPERATURE, PRESSURE IN THE REACTOR, REACTOR WALL TEMPERATURE, REACTOR RADIUS AND MASS FLOW RATE) THE EXPERIMENTAL DESIGN 35 CARRY OUT, WHICH GENE...

The textile industry is known for its excessive water consumption and environmental impact. One of the major challenges it faces is managing pollution generated by dyes, particularly bifunctional dyes, such as sumireact supra yellow s-hbu, with a red appearance and sumifix supra lemon-yellow e-xf, with a yellow appearance. This study aimed to investigate the decolorization kinetics of synthetic solutions of said bifunctional dyes, which comprise triazine and vinylsulfon. We conducted various tests, including modifications of pH, the addition of TiO2 P-50 nanoparticles, exposure to solar radiation, limited contact with oxygen, and eolic agitation. The initial solutions had a concentration of 1000 ppm of textile dye. The study showed that the reaction order for the “red” solutions in the R6 and R9 reactors and all the yellow solutions was ½. The concentration of nanoparticles and pH h...

The objective of this research is to find the effectiveness factor of the catalyst particles for the most favorable conditions of the phthalic anhydride production in a fixed bed reactor, with the aim of achieving the highest rate of phthalic anhydride production compared to other secondary products and analyzing the areas of lower effectiveness for the modification of the reactor design. Initially, the material and the energy balances in the catalytic bed are solved to obtain the concentration and temperature profiles based on the radius and length of the reactor, using polymath software(Polymath® v6.2 Software Minitab 19 Matlab 2019) with the data from literature. Once the profiles reproducibility was verified using the initial data (inlet temperature, pressure in the reactor, reactor wall temperature, reactor radius and mass flow rate) the experimental design 35 carry out, which gene...