Facultad Regional Rosario

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Author: search.filters.author.Arias, Ana MarisaSubject: search.filters.subject.Ingeniería química

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    Aplicación del enfoque de ingeniería de reacción (REA) para modelar el secado de orujos por convección.
    (2021-10) Bonfigli, Mónica Beatriz; Arias, Ana Marisa; Mores, Patricia Liliana; Benz, Sonia Judith; Scenna, Nicolás José; Masciarelli, Roque
    La bioeconomía es una alternativa para afrontar la demanda de alimentos y energía para una población en crecimiento y además mitigar los impactos adversos sobre el medio ambiente y los recursos naturales que originan su producción. Incluye el aprovechamiento de desechos de procesos industriales para la generación de bioproductos con valor agregado, como los que pueden obtenerse a partir de orujo de uva. En los procesos de obtención, la operación de secado es fundamental y un buen modelo es importante para el diseño del secadero y la evaluación de su rendimiento. El objetivo de este trabajo es utilizar el enfoque de ingeniería de reacción (REA), una técnica simple pero precisa, para modelar el secado de orujos por convección. La curva de energía de activación normalizada, obtenida a partir de una experiencia a 100 °C se utilizó para predecir la cinética de secado y los perfiles de temperatura a 60 °C. El REA demostró capturar adecuadamente la física del proceso. El coeficiente de determinación (R2) se determinó en 0,996 y 0,997 (en promedio) para predecir la temperatura y el contenido de humedad, respectivamente. La principal ventaja es que se requiere una única experiencia minuciosa para generar la curva de energía de activación normalizada y luego utilizarla para predecir otros contenidos de humedad y perfiles de temperatura del material. Este modelo puede utilizarse para proyectar la operación en otras condiciones e implementarse fácilmente para diseñar nuevas instalaciones de secado u optimizar las existentes.
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    Secado por convección de desechos industriales susceptibles de revalorización: modelado matemático y validación a través de la aproximación a la Ingeniería de las Reacciones.
    (Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, 2022-04) Bonfigli, Mónica Beatriz; Arias, Ana Marisa; Mores, Patricia Liliana; Benz, Sonia Judith; Scenna, Nicolás José
    La bioeconomía circular surge como un nuevo paradigma productivo donde la clave es la sostenibilidad en el uso de los recursos. En él se entrelazan los principios de la economía circular, donde un producto no se considera un residuo al final de su vida útil, y de la bioeconomia que trata sobre la biologización de la creación de valor industrial. Este paradigma aboga por el uso continuo de recursos, sugiriendo la mejora de la durabilidad de equipos, instalaciones e infraestructura, así como la revalorización de desechos para otros procesos industriales. El orujo de uva y la okara de soja son subproductos de bajo valor comercial que contienen una cantidad importante de componentes valiosos de los que pueden obtenerse productos con valor agregado. Su generación masiva y su perecibilidad debido al contenido de humedad hacen necesaria la operación de secado. Para obtener el producto final deseado con la menor demanda energética posible, es indispensable estudiar las condiciones y cinética de secado. A partir de dicho análisis se determina el tiempo de secado que afecta directamente el tamaño de los equipos y también proporciona información para optimizar el rendimiento de los secaderos existentes. La aproximación a la ingeniería de las reacciones (REA) es un modelo matemático semi-empírico para predecir la evolución higrotérmica durante el secado. La energía de activación relativa es el parámetro característico de la REA, que describe los cambios de comportamientos internos dentro de los materiales durante el secado. Este parámetro es independiente de las condiciones de operación, se genera a partir de una experiencia de secado precisa y se combina con la energía de activación de equilibrio para producir una relación única. Esta característica le otorga al modelo la capacidad de predicción en una amplia gama de condiciones. El objetivo de este trabajo es implementar y evaluar la eficacia de la REA para modelar el secado por convección de orujos de uva y okara de soja. Los resultados del modelo se comparan con datos experimentales. Las curvas de energía de activación normalizada, obtenidas a partir de los datos experimentales a 60 °C para los orujos y a 50 °C para la okara se utilizaron para predecir los perfiles de humedad y temperatura a otras condiciones de secado: 70, 80 y 90 °C para los orujos y 60 y 70 °C para la okara. La REA demostró capturar adecuadamente la física del proceso. Los perfiles de contenido de humedad y temperatura concuerdan muy bien con los datos experimentales, respaldados por R2 superiores a 0.971 para la humedad y 0.988 para la temperatura. El modelo REA resulta un modelo robusto y efectivo para describir el proceso de secado, debido a su predictibilidad y su capacidad de extrapolación en un amplio rango de temperaturas. Es una opción apropiada para ahorrar tiempo y recursos computacionales. Esto es importante si se piensa en optimización de procesos complejos en los cuales el secado es solo una de las operaciones involucradas.
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    Optimal design of a two-stage membrane system for hydrogen separation in refining processes.
    (2018-10-31) Arias, Ana Marisa; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José; Caballero, José Antonio; Mussati, Sergio Fabián; Mussati, Miguel Ceferino
    This paper fits into the process system engineering field by addressing the optimization of a two-stage membrane system for H2 separation in refinery processes. To this end, a nonlinear mathematical programming (NLP) model is developed to simultaneously optimize the size of each membrane stage (membrane area, heat transfer area, and installed power for compressors and vacuum pumps) and operating conditions (flow rates, pressures, temperatures, and compositions) to achieve desired target levels of H2 product purity and H2 recovery at a minimum total annual cost. Optimal configuration and process design are obtained from a model which embeds different operating modes and process configurations. For instance, the following candidate ways to create the driving force across the membrane are embedded: (a) compression of both feed and/or permeate streams, or (b) vacuum application in permeate streams, or (c) a combination of (a) and (b). In addition, the potential selection of an expansion turbine to recover energy from the retentate stream (energy recovery system) is also embedded. For a H2 product purity of 0.90 and H2 recovery of 90%, a minimum total annual cost of 1.764 M$·year−1 was obtained for treating 100 kmol·h−1 with 0.18, 0.16, 0.62, and 0.04 mole fraction of H2, CO, N2, CO2, respectively. The optimal solution selected a combination of compression and vacuum to create the driving force and removed the expansion turbine. Afterwards, this optimal solution was compared in terms of costs, process-unit sizes, and operating conditions to the following two suboptimal solutions: (i) no vacuum in permeate stream is applied, and (ii) the expansion turbine is included into the process. The comparison showed that the latter (ii) has the highest total annual cost (TAC) value, which is around 7% higher than the former (i) and 24% higher than the found optimal solution. Finally, a sensitivity analysis to investigate the influence of the desired H2 product purity and H2 recovery is presented. Opposite cost-based trade-offs between total membrane area and total electric power were observed with the variations of these two model parameters. This paper contributes a valuable decision support tool in the process system engineering field for designing, simulating, and optimizing membranebased systems for H2 separation in a particular industrial case; and the presented optimization resultsprovide useful guidelines to assist in selecting the optimal configuration and operating mode.