Facultad Regional Rosario
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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, RoqueLa 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.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 JoséEl 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.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 LilianaUn 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.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 JoséConsiderar 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.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 JoséEl 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.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 JoséLa 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.Item Optimization of triple-pressure combined-cycle power plants by generalized disjunctive programming and extrinsic functions.(2021-02-01) Manassaldi, Juan Ignacio; Mussati, Miguel Ceferino; Scenna, Nicolás José; Mussati, Sergio FabiánA new mathematical framework for optimal synthesis, design, and operation of triple-pressure steamreheat combined-cycle power plants (CCPP) is presented. A superstructure-based representation of the process, which embeds a large number of candidate configurations, is first proposed. Then, a generalized disjunctive programming (GDP) mathematical model is derived from it. Series, parallel, and combined series-parallel arrangements of heat exchangers are simultaneously embedded. Extrinsic functions executed outside GAMS from dynamic-link libraries (DLL) are used to estimate the thermodynamic properties of the working fluids. As a main result, improved process configurations with respect to two reported reference cases were found. The total heat transfer areas calculated in this work are by around 15% and 26% lower than those corresponding to the reference cases. This paper contributes to the literature in two ways: (i) with a disjunctive optimization model of natural gas CCPP and the corresponding solution strategy, and (ii) with improved HRSG configurations.Item Process optimization and revamping of combined-cycle heat and power plants integrated with thermal desalination processes.(2021-06-06) Manassaldi, Juan Ignacio; Mussati, Miguel Ceferino; Scenna, Nicolás José; Morosuk, Tatiana; Mussati, Sergio FabiánOptimal revamping, sizing, and operation of an existing gas-turbine combined-cycle dual-purpose power/desalination plant – simultaneous electricity and freshwater generation – which operates with a heat recovery steam generation with one-pressure level (1P-HRSG) and a multi-stage flash desalination process, is addressed. The sizes and configurations of the gas turbine and desalination unit are kept the same as in the existing plant through the study. However, the 1P-HRSG is conveniently extended to twoor three-pressure levels with different exchanger arrangements, including steam reheating. To this end, a superstructure-based representation of the HRSG simultaneously embedding several candidate structures was proposed and a mixed-integer nonlinear programming model was derived from it. One revamping case consisted in maximizing the ratio between the freshwater production rate and the heat transfer area of HRSG, keeping unchanged the electricity generation rate (around 73 MW). It was found that the inclusion of a 3P-HRSG resulted in an increase of 13.782 kg⋅s−1 in the freshwater production, requiring 22753 m2 of heat transfer area less in the HRSG. Another revamping case consisted in maximizing the profit, contemplating the possibility to sell extra amounts of electricity and freshwater. Sale prices, for which producing extra electricity and freshwater is beneficial, were determined.Item Obtención de correlaciones convexas para el análisis de los efectos causados por xxplosiones Tipo BLEVE : estimación de distancias de seguridad en función de niveles de vulnerabilidad especificados.(2020-12-01) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás JoséEn los últimos años, debido al gran número de accidentes catastróficos en el sector industrial, la obtención de una metodología cuya aplicación contribuya a la mitigación de los daños causados ha adquirido gran importancia. En este trabajo, se obtienen dos correlaciones que describen el comportamiento de un evento específico (explosión tipo BLEVE) por medio de una combinación lineal de funciones convexas simples entre las principales variables: energía interna total del sistema al momento de la explosión, distancia y nivel de daño/tipo de receptor. La primera permite estimar la distancia de seguridad frente a una explosión de cualquier sustancia peligrosa y la segunda, el nivel de daño (expresado en términos de sobrepresión) ocasionado a un receptor ubicado a una cierta distancia del evento catastrófico. En trabajos futuros, se pretende emplear las mismas en la optimización de diseño inherentemente seguro de layout.Item BLEVE : estimación de distancias seguras basándose en variables de diseño.(2022-03-11) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás JoséEntre los eventos accidentales más peligrosos se encuentran las explosiones BLEVE. Las graves consecuencias ocasionadas por la onda expansiva generada hacen indispensable su análisis. 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 fuente de explosión y un receptor caracterizado por el nivel de vulnerabilidad. La obtención del mismo se lleva a cabo mediante la selección de variables 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, permitiendo la obtención confiable de distancias seguras desde las primeras etapas del diseño.