FRRo - Producción en investigación, desarrollo e innovación ( I+D+I)
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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 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 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 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.Item Metodología simple para estimar la onda expansiva generada durante una explosión BLEVE.(Fernández Luco, Luis, 2021-10) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás JoséTanto en el sector industrial como en el sector transporte, uno de los eventos accidentales más peligrosos que puede acontecer es la explosión BLEVE. La misma puede originarse debido a la influencia de factores externos no favorables (incendios cercanos) o como consecuencia del deterioro del recipiente (falla por corrosión), o a causa de un error humano, entre otros. Existen fórmulas sencillas para predecir el escenario de explosión de acuerdo al origen, es decir establecer las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentra la sustancia justo antes de que ocurra el accidente. Contando con esta ventaja, se propone en este trabajo una metodología simple para el cálculo rápido y confiable de la onda expansiva generada por este tipo de explosiones en el ámbito del análisis de riesgos. El aporte más significativo radica en la obtención de un modelo reducido que vincula las variables: volumen del recipiente y presión de falla con la energía mecánica liberada, para las sustancias típicas involucradas en estos accidentes. La obtención se basa en el análisis preliminar de la influencia de estas variables en los resultados arrojados por un modelo matemático con fundamento termodinámico ampliamente aceptado en la bibliografía y la posterior propuesta de una correlación simple con parámetros de ajuste (variables de optimización). La metodología aquí propuesta ha sido validada empleando datos experimentales reportados en trabajos anteriores, arrojando muy buenos resultados.Item Optimización de rutas de transporte de gas licuado de petróleo por carretera.(Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, 2022-04) Orellano, Santiago; Kraft, Romina Alejandra; Rodríguez, Néstor Hugo; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás JoséLa explosión BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) seguida de una bola de fuego, tiene consecuencias devastadoras. Los efectos térmicos sobre las personas ocasionados por el segundo fenómeno son los más severos. El GLP (Gas Licuado de Petróleo) frecuentemente se involucra a este tipo de accidentes. Efectuando un análisis en la base de datos Facts sobre el origen de los accidentes que involucraron al GLP, se observa que el 14% de ellos ocurrieron en el transporte en carretera. Considerando esto, resulta indispensable el diseño y la planificación de rutas óptimas tendientes a la minimización del número de personas expuestas a ciertos niveles de vulnerabilidad especificados. En este trabajo, se utiliza un método sistemático para la definición de éstas mediante el empleo de sistemas de información geográficos. La metodología utilizada para encontrar la ruta óptima consistió, en primer lugar, en la estimación de distancias de seguridad ante una bola de fuego debida a explosiones BLEVE mediante un modelo simple propuesto desarrollado en el CAIMI. Luego, se identificaron potenciales rutas para el transporte de GLP entre dos puntos fijos mediante la extensión “Online Routing Mapper” del software QGIS. Asociado a estas se incluyeron en el análisis otras posibles alternativas considerando el entorno. Una vez definido el conjunto de potenciales rutas, se evaluó el impacto sobre las personas ante una posible colisión y el posterior desencadenamiento de una explosión BLEVE seguida de una bola de fuego. Operativamente, esto se realizó en QGIS mediante un análisis vectorial, que implicó la utilización de herramientas de geoprocesamiento para determinar las zonas de evacuación de acuerdo con las distancias calculadas anteriormente partiendo de las potenciales rutas analizadas (creación de buffers). A partir de la información suministrada por la Provincia de Santa Fe, de acuerdo con el último censo realizado en 2010, se incorporaron capas vectoriales representativas de las funciones de densidad de población de las ciudades de la región involucradas. Luego, empleando la herramienta de intersección de capas, se estimó el número de personas potencialmente expuestas a las zonas de riesgos en el caso que aconteciese un accidente de estas características. Finalmente, empleando como criterio la minimización de personas afectadas, se determinó la ruta óptima. El método desarrollado fue probado exitosamente en casos de estudio particulares, involucrando el transporte de GLP desde una refinería ubicada en la ciudad de San Lorenzo hacia distintos puntos de envasado en garrafas en el oeste de la ciudad de Rosario.Item Risk-based approach for safety distance estimation in the process industry.(Asociación Argentina de Ingenieros Químicos/ Oscar Pagola, 2023-06) Kraft, Romina Alejandra; Orellano, Santiago; Mores, Patricia Liliana; Rodríguez, Néstor Hugo; Scenna, Nicolás JoséDifferent approaches have been proposed for safety distance estimation from hazardous facilities. The most widespread method is mainly based on the evaluation of the consequences of potential accidental events and the limitation of the physical vector on people, or on atmospheric and pressure process units, seeking to prevent the domino effect [1]. In this methodology, the stochastic variables involved in the phenomena (fire, explosion, or toxic dispersion) are fixed by defining a conservative scenario. This is particularly appropriate for accidents where the influence of environmental variables is relatively small (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions -BLEVEs-, mechanical explosions). However, the consequences of the worst-case scenario for events involving toxic or flammable gas dispersion, for example, could be much greater than the rest and not be representative of the site. This approach does not consider the occurrence frequency of the event and therefore, a remote accidental event would demand the same effort as a frequent one in the case of layout design. In addition, some accidental events such Vapor Cloud Explosions (VCE) or projectile ejection from BLEVEs can reach distances of more than 1000 meters and therefore, this approach results impracticable in some cases of plant layout design. Bearing this in mind, this article proposes a risk-based methodology to estimate safety distances to overcome the mentioned limitations of the impact threshold method. Here the quantitative risk is evaluated for different receptors, including the impact on people and on process equipment by using probit equations corresponding to the probability of escalation by domino effect. Methodologically, the contribution to risk at different points located in eight directions is quantified by evaluating several scenarios generated by Monte Carlo simulation and composing the consequences and frequencies of each one. An iterative algorithm is developed to determine the distance that satisfies the risk threshold in each direction. This approach is applied to LPG storage tanks (spheres and cylinders) of different sizes and considering the historical information of wind speed and direction of Rosario city. The estimated safety distances are compared to those recommended by international standards such as NFPA 58 [2], and those obtained by evaluating the consequences to given impact thresholds. Finally, risk thresholds are assessed and recommended in order to define a general algorithm to estimate safety distances. Future works will intend to generalize the proposed approach to automatically determining separation distances matrixes for layout optimization.Item Optimization of revalorization process from wine industry residual biomass.(Asociación Argentina de Ingenieros Químicos/ Oscar Pagola, 2023-06) Bonfigli, Mónica Beatriz; Orellano, Santiago; Arias, Ana Marisa; Scenna, Nicolás José; Mores, Patricia LilianaThe large quantities of residual biomass generated by agro-industries represent important resources for new value chains with strong industrial potential. The circular vision of bioeconomy promotes the revalorization of these wastes by obtaining biofuels and bioproducts with high added value. Despite the significant evolution observed in the last decades, and an increasing volume of related patents, circular bioeconomy research is not yet significantly mirroredby the market, showing that its full potential is still far from being reached. Grapes are one of the most widely grown fruits throughout the world. A significant amount of solid waste is generated mainly composed of grape pomace, whichcan represent more than 20% of the biomass harvested and processed. Grape pomace is a low-value by-product that contains a significant quantity of useful components that could be employed as food ingredients, chemicals, and biofuels. The successful recovery of these compounds would not only reduce the generated pollutants, but would also contribute to the sustainable development and economic competitiveness of the wine industry. In this context, the objective of this work is to analyze the recovery process of bio-active compounds from by-products of the wine industry and to optimize two variables of interest a) total extraction yield and b) the required fresh solvent flow, from the definition of different objective functions through mathematical modelling. The effect of the quantity of raw material to process, its moisture content and the extraction temperature on the mentioned variables was studied. The implemented non-linear program (NLP) was not oriented to explore optimal structural alternatives (process synthesis), but to optimize the different operating variables against different optimization scenarios, fulfilling the proposed restrictions. The proposed process configuration is based on a standard structure for this type of extractive plants. It consists of a tunnel dryer, a crusher, extractors, intermediate storage tanks, a film evaporator, a heat exchanger and pumps. The optimization model was solved for different alternatives in order to explain the effect of a range of operating conditions and volume of each leaching tank to achieve at least given percentage of anthocyanin extraction with a minimum solvent requirement. The solutions of the analyzed alternatives adequately represent the trade-offs between the total extraction yield and required solvent. As a result, an increase in solvent consumption with the increase in extraction yield is observed. The energy consumed in the evaporator is proportional to the quantity and quality of the product, as well as to the quantity of recovered solvent, which reduces the consumption of fresh solvent for a given feed value. These results are promising, and set the base for future studies such as the design and selection of operation mode, exploring different configuration alternatives.Item Influencia de la reducción del factor de visión en las consecuencias ocasionadas por una bola de fuego.(2022-10) Kraft, Romina Alejandra; Scenna, Nicolás José; Mores, Patricia LilianaEl conocimiento de las consecuencias ocasionadas por los accidentes industriales de las últimas décadas hace imperante la propuesta de nuevas metodologías para minimizar los daños. Uno de los eventos más peligrosos son las explosiones BLEVE (Boiling Liquid Expanded Vapour Explosion) y la inmediata formación de una bola de fuego, dado que el campo de radiación térmica generada es de gran alcance. El cálculo de distancias seguras puede estar combinado con la presencia de sistemas de protección pasiva de forma tal que se reduzcan las consecuencias al mínimo costo de instalación/operación. En este trabajo, se propone una correlación simple que evalúa la influencia de la disminución del factor visión debido a la presencia de una obstrucción (por ejemplo: paredes contra-incendios) en la estimación de distancias seguras o definida una distancia, la disminución del impacto (radiación térmica incidente) dada la ocurrencia de una bola de fuego. Se concluye que la distancia disminuye significativamente con la reducción del factor de visión y que tal correlación puede implementarse incluso en las primeras etapas del diseño para evaluar la factibilidad de colocación de sistemas de protección pasivas.