Facultad Regional Rosario

Permanent URI for this communityhttp://48.217.138.120/handle/20.500.12272/108

Browse

Author: search.filters.author.Mores, Patricia Liliana

Search Results

Now showing 1 - 10 of 23
  • Thumbnail Image
    Item
    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.
  • Thumbnail Image
    Item
    Análisis de factores críticos que influyen en las consecuencias ocasionadas por explosiones de polvo.
    (2021-08) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
    El almacenamiento y procesamiento de sólidos a granel en operaciones tales como molienda, secado, tamizado y transporte, conllevan a la generación de polvo y si éste es combustible (más del 70% de los casos) existe un riesgo de explosión asociado. Para reducir sus efectos, se presentan diversas medidas de mitigación, destacándose los paneles de venteo, cuya finalidad es aliviar la presión en el interior del recipiente para evitar su colapso. Al momento de la ruptura del panel, se libera materia y energía contenida, pudiéndose generar por la suspensión de polvo circundante una explosión secundaria. En este trabajo se analiza la influencia del índice de deflagración del polvo, área de venteo, ubicación de la ignición y distancia, sobre el campo de sobrepresión. En trabajos futuros se pretende, a partir de este análisis, proponer una correlación general que permita predecir la onda expansiva desarrollada por estas explosiones secundarias.
  • Thumbnail Image
    Item
    Metodología para la obtención de modelos reducidos empleados en la estimación de distancias seguras ante eventos accidentales potencialmente catastróficos.
    (Universidad Tecnológica Nacional, 2020-10) Kraft, Romina Alejandra; Scenna, Nicolás José; Mores, Patricia Liliana
    Un problema ingenieril resiliente es la gran cantidad de accidentes tecnológicos asociados a la manipulación de sustancias peligrosas que se encuentran en el inventario de la mayoría de las industrias. Estos accidentes, de acuerdo a su nivel de gravedad, han ocasionado una gran cantidad de muertos y heridos como así también cuantiosas pérdidas económicas. En los últimos años, la propuesta de una metodología cuya aplicación contribuya a la mitigación de los daños causados ha adquirido gran importancia. En este trabajo, se plantea una metodología para obtener modelos simples que estimen distancias seguras entre los posibles receptores y la fuente de peligro, tomando como referencia modelos rigurosos que describan la fenomenología del evento. Esto garantiza que los modelos reducidos capten la naturaleza del evento, de la manera más simple asegurando a su vez una cierta precisión.
  • Thumbnail Image
    Item
    Estimación de distancias seguras frente a la ocurrencia de una explosión BLEVE en función de variables operativas/ de diseño.
    (Universidad Tecnológica Nacional, 2022-06) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
    Considerar el concepto de seguridad operacional se ha vuelto imprescindible en toda actividad industrial. Entre los eventos accidentales más peligrosos se encuentran las explosiones tipo BLEVE, que resultan de la falla de un recipiente que contiene una sustancia a una temperatura muy superior a su temperatura normal de ebullición. Las graves consecuencias ocasionadas por la onda expansiva generada hacen indispensable su estudio detallado. Los modelos matemáticos disponibles son complejos en cuanto a la cantidad de datos y esfuerzo computacional requeridos para su resolución. En este trabajo, se presenta un modelo simple y directo para la estimación de distancias seguras entre una posible fuente de explosión y un receptor caracterizado por el nivel de vulnerabilidad correspondiente. La obtención de este modelo se lleva a cabo mediante la selección de variables operativas/ de diseño convenientes y el análisis de su influencia en los resultados brindados por un modelo matemático con fundamento teórico (modelo base), la formulación de una única expresión matemática con parámetros a determinar (modelo simple) y la resolución de un problema de optimización en el que se maximiza el R2 que resulta de la comparación entre ambos modelos. Finalmente, se demuestra una muy buena performance del modelo propuesto, cumpliendo con los requisitos de simpleza y escasa demanda de datos de fácil acceso, permitiendo la obtención confiable de distancias seguras desde las primeras etapas del diseño.
  • Thumbnail Image
    Item
    Evaluación de los efectos térmicos ocasionados por una bola de fuego de propano. Obtención de una correlación simple para estimar distancias en planes de evacuación.
    (Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional San Francisco, 2020-09) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
    El propano, es una sustancia que frecuentemente se encuentra en el inventario de numerosas industrias por ser el combustible alternativo más utilizado a nivel internacional. A temperatura ambiente, es un gas incoloro e inodoro, fácilmente licuable por lo que en general se almacena/transporta en estado líquido a esta temperatura en recipientes a presión. La explosión tipo BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) seguida de la ocurrencia de una bola de fuego, tiene efectos devastadores sobre las personas (muerte, daños irreversibles) como así también sobre las estructuras y las instalaciones industriales, en función de la distancia del suceso a la que se encuentren dichos receptores. De acuerdo al análisis de accidentes históricos reportado por Hemmatian et al. (2019), el propano es una de las sustancias típicas involucradas en este tipo de eventos. En la mayoría de los casos, los efectos térmicos ocasionados por la bola de fuego tienen consecuencias más severas sobre las personas que aquellos asociados con la onda expansiva generada por la explosión. A causa de esto, es imperante establecer planes de evacuación eficaces, delimitando las zonas de planificación en función de la dosis de radiación recibida, relacionando la intensidad de radiación incidente con tiempos máximos de exposición y contemplando modelos de respuesta de la población ante la génesis de incendios. El objetivo de este trabajo es obtener una correlación simple y eficaz que relacione distancias seguras con variables operativas/ de diseño y niveles de vulnerabilidad de los receptores, basándose en el análisis de un modelo de referencia (MRf): modelo de llama sólida.
  • Thumbnail Image
    Item
    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.
  • Thumbnail Image
    Item
    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.
  • Thumbnail Image
    Item
    Membrane-based processes: optimization of hydrogen separation by minimization of power, membrane area, and cost.
    (2018-11-12) Mores, Patricia Liliana; Arias, Ana Marisa; Scenna, Nicolás José; Caballero, José Antonio; Mussati, Sergio Fabián; Mussati, Miguel Ceferino
    This work deals with the optimization of two-stage membrane systems for H2 separation from off-gases in hydrocarbons processing plants to simultaneously attain high values of both H2 recovery and H2 product purity. First, for a given H2 recovery level of 90%, optimizations of the total annual cost (TAC) are performed for desired H2 product purity values ranging between 0.90 and 0.95 mole fraction. One of the results showed that the contribution of the operating expenditures is more significant than the contribution of the annualized capital expenditures (approximately 62% and 38%, respectively). In addition, it was found that the optimal trade-offs existing between process variables (such as total membrane area and total electric power) depend on the specified H2 product purity level. Second, the minimization of the total power demand and the minimization of the total membrane area were performed for H2 recovery of 90% and H2 product purity of 0.90. The TAC values obtained in the first and second cases increased by 19.9% and 4.9%, respectively, with respect to that obtained by cost minimization. Finally, by analyzing and comparing the three optimal solutions, a strategy to systematically and rationally provide ‘good’ lower and upper bounds for model variables and initial guess values to solve the cost minimization problem by means of global optimization algorithms is proposed, which can be straightforward applied to other processes.
  • Thumbnail Image
    Item
    Cost-based comparison between membrane systems and chemical absorption processes for CO2 capture from flue gas.
    (2019-05-09) Arias, Ana Marisa; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José; Caballero, José Antonio; Mussati, Miguel Ceferino; Mussati, Sergio Fabián
    An optimization study of membrane-based separation systems for carbon dioxide capture from flue gas of power plants is conducted, considering the possibility of employing up to four stages and using diverse options to create the required driving force. By proposing a superstructure-based model, the number of stages, recycle options, use of feed compression and/or permeate vacuum, driving force distribution along each membrane stage, operating conditions and equipment sizes are simultaneously optimized in order to minimize the total annual cost at high capture ratios and purity targets. Thus, different optimal arrangements are obtained and the total cost is reduced in about 20% compared without employing vacuum. Besides the optimal number of stages diminishes with decreasing purity, but it is independent of the capture ratio. Also, the total cost decreases with the increase of the membrane permeance requiring lower values of operating pressure and membrane areas. Permeance values higher than 2400 GPU lead to lower number of stages and recycles for the same separation target. By contrast, a sensitivity analysis shows that the total cost increases with the increase of the electricity price, capacity factor, and capital recovery factor, which are the more influential parameters in the objective function. Despite new optimal operating and design conditions are obtained when these parameters vary, no modifications in the optimal arrangement are observed.
  • Thumbnail Image
    Item
    Optimization of the design, operating conditions, and coupling configuration of combined cycle power plants and CO2 capture processes by minimizing the mitigation cost.
    (2017-10-04) Mores, Patricia Liliana; Manassaldi, Juan Ignacio; Scenna, Nicolás José; Caballero, José Antonio; Mussati, Miguel Ceferino; Mussati, Sergio Fabián
    This paper deals with the optimization of the coupling between a natural gas combined cycle (NGCC plant and a post-combustion CO2 capture process by minimizing the mitigation cost – defined as the ratio between the cost of electric power generation and the amount of CO2 emitted per unit of total net electric power generated – while satisfying the design specifications: electric power generation capacity and CO2 capture level. Three candidate coupling configurations, which differ in the place where the steam is extracted from, are optimized using detailed and rigorous models for both the NGCC and the CO2 capture plants. By comparing the mitigation cost of each configuration, the optimal integration configuration and the corresponding optimal sizes and operating conditions of all process units (steam turbines, gas turbines, heat recovery steam generators HRSGs, absorption and regeneration columns, reboilers and condensers, and pumps) are provided. In the computed optimal solution, the steam required by the CO2 capture plant is extracted from both the steam turbine and the HRSG (evaporator operating at low pressure), and the mitigation cost is 90.88 $/t CO2. The optimal solution is compared with suboptimal solutions corresponding to the other two candidate coupling schemes. These solutions are compared in detail regarding capital investment.