APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

La constante alarma del fin de los combustibles fósiles y sus problemas asociados al medio ambiente, nos recuerda que éstos son un recurso finito y que su extracción cada vez requerirá de mayores costes y mejores tecnologías de perforación, y que además, no son los más adecuados para sobreguardar el medio ambiente. Es por eso que debemos apostar por el consumo de combustibles provenientes de fuentes renovables y que sean más beneficiosos para la Tierra. Este biocombustible existe y se llama biodiesel, la alternativa renovable al combustible diesel procedente del petróleo. Este proyecto compara dos métodos nuevos de fabricación del biodiesel frente a la producción convencional. Estos tres casos de estudio son: el proceso convencional, el proceso en condiciones supercríticas y el proceso en condiciones supercríticas con la ayuda de un catalizador y de un cosolvente (CO2). Los tres casos están diseñados y analizados por el simulador Aspen plus. Los ratios molares de metanol:aceite son 3:1 y 42:1, para el caso convencional y el supercrítico, respectivamente, y 25:1:74 siendo metanol:aceite:CO2 para el caso supercrítico con catalizador y cosolvente. Los procesos 1, 2 y 3 alcanzan unas conversiones de 96, 97 y 92% con unas purezas de biodiesel de 98,7, 99,6 y 99,8%, respectivamente. El consumo energético total de las plantas diseñadas es de 2326, 2407 y 2223 kW siendo el convencional, el supercrítico y el supercrítico con catalizador y cosolvente, respectivamente. Los procesos fueron diseñados con reactores que operan de modo continuo y con una capacidad anual de 10000 toneladas de biodiesel producido.

El presente trabajo de fin de máster forma parte de una serie de estudios realizados por el Grupo de Reactores Químicos e Ingeniería de Fluidos, cuyo objetivo es la producción de biodiesel por medio de grasas animales y/o vegetales en condiciones supercríticas. El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto del agua en la reacción de transeterificación de los triglicéridos por medio de un catalizador comercial y una mezcla de dióxido de carbono y metanol en condiciones supercríticas. La reacción fue llevada a cabo en un reactor de lecho fijo de titanio a una temperatura de 200 ºC y una presión de 250 bares. Para realizar los ensayos se utilizó una mezcla de metanol (98,5 %) y aceite sintético de características similares al aceite de girasol, utilizando dióxido de carbono como co-solvente y un catalizador solido heterogéneo, NAFION SAC-13.

Se realizó la simulación del proceso de producción de biodiesel bajo condiciones súper-críticas utilizando el programa Aspen Plus, y basando las condiciones de operación en el sistema experimental utilizado a escala piloto. El objetivo principal de la investigación es modelar la composición y el comportamiento de distintos aceites bajo las condiciones utilizadas a escala piloto, con el propósito de evaluar las propiedades y la composición del combustible obtenido, así como el consumo energético del proceso simulado. La reacción en escala piloto se llevó a cabo en un reactor continuo a 190ºC y 250 bar. La relación molar metanol: aceite utilizada fue de 25:1, empleando dióxido de carbono como co-solvente. La reacción se llevó a cabo para los aceites de Crotón, Linaza, Girasol, Soja, Maíz y Canola cuya composición fue aproximada a cuatro triglicéridos: trioleina, trilinoleina, tripalmitina y triestearina. Para ello, se estimaron las propiedades de estos triglicéridos y de sus correspondientes ésteres metílicos y se introdujeron al simulador. El modelo simulado permite estimar la composición del biodiesel producido de acuerdo con la composición del aceite utilizado, así como también la densidad y la viscosidad del combustible, de acuerdo con la composición del mismo y el rendimiento esperado. Asimismo, el consumo de energía del proceso simulado es menor al reportado previamente en la literatura para procesos de producción de biodiesel en condiciones súper-críticas. El uso de dióxido de carbono como co-solvente permite disminuir el punto crítico del metanol y utilizar condiciones de reacción menos severas, resultando en una disminución de los requerimientos energéticos del proceso.

Este proyecto investiga la obtención de biodiesel mediante trans-esterificación con etanol en continuo utilizando fluidos supercríticos con co-solvente (CO2). Se pretende encontrar las condiciones de operación y determinar las velocidades de reacción y conversiones a esteres etílicos para compararlo con el proceso convencional. Actualmente, el biodiesel se ha convertido en una de las alternativas más prometedoras para solucionar las desventajas que presentan los combustibles fósiles y es por ello que se encuentra en continua investigación. Aquí, se va a llevar a cabo un proceso basado en reacciones de transesterificación con catálisis sólida ácida, con el fin de competir con los altos tiempos de reacción que tiene el proceso convencional y además, obtener mayor porcentaje de esteres etílicos reduciendo los procesos de purificación. Para ello es necesario realizar un primer estudio termodinámico que permita determinar el punto crítico de la mezcla (aceite-alcohol-CO2) para diferentes composiciones. Esto permite conocer las condiciones de operación del proceso que aseguran estar trabajando en condiciones supercríticas, escoger la composición de mezcla apropiada (condiciones críticas menos severas) y elegir un catalizador adecuado (que pueda soportar dichas condiciones). Una vez conocidas las condiciones de operación, se lleva a cabo un diseño de experimentos, del cual se obtiene la cinética de la reacción de transesterificación. Se discuten las condiciones obtenidas comparándolas con el proceso convencional.

En el presente proyecto se ha presentado la producción de biodiesel desde un punto de vista generalista para luego centrarse en el objeto de este trabajo. En una primera aproximación se discute el uso del biodiesel globalmente, se presenta la problemática de obtención de su materia prima y sus ventajas respecto el combustible diesel tradicional. Posteriormente se indica la reacción del biodiesel y los posibles subproductos. A continuación se muestran los pre-tratamientos más comunes para evitar la aparición de subproductos y el proceso tradicional de producción de biodiesel. Con esto se entra a describir el proceso de destilación reactiva, explicando las ventajas e inconvenientes que tiene. Una vez que se ha mostrado esta visión general, se indica el estado general en el que se encuentra la investigación en la producción de biodiesel mediante destilación reactiva. Este apartado se centra en comparar las distintas condiciones de operación que se han utilizado en distintos estudios. Por último se realiza una simulación con Aspen de este proceso.

Aquest projecte desenvolupa un cas pràctic al respecte les accions de millora implantades en la gestió de les aigües residuals d'una empresa de cosmètics situada al Vallès Occidental, amb l'objectiu d'assolir ; a) el compliment de la normativa vigent al respecte l'abocament d'aigües residuals b) la reducció en el cost de tractament de les aigües residuals generades c) la millora de l'eficiència i l'eficàcia en l'estació depuradora d'aigües residuals d) l' establiment d'un programa de minimització d'aigües residuals Es descriu ordenadament la cronologia de les decisions i accions realitzades atenent a les necessitats per a la millor gestió de les aigües residuals d'una industria catalana. Per tant, l'estructura bàsica del treball inclou: • Una diagnosi ambiental inicial, en termes de contaminació i econòmics, dels efluents generats i dels sistemes de tractament emprats. • Un anàlisi tècnica i econòmica de les accions o alternatives existents per a la millora de la gestió de les aigües residuals. • Establiment d'una pla d'acció específic. • Desenvolupament i implantació de les accions. • Control i seguiment de les accions implantades Específicament, s'aprofundeix en els aspectes tècnics i econòmics en d'instal·lació d'una evaporador per al tractament dels efluents de neteja del procés de fabricació de gels. Així com en les reformes realitzades en l'estació depuradora d'aigües residuals, un filtre percolador i transformar-la en un reactor de biomembranes (BRM). L'impacte de la implantació d'aquestes millores són notables, tant en resultats dels rendiments de les instal·lacions, com en l'important reducció de la despesa en el tractament dels efluents generats aconseguint el retorn de d'inversió realitzada en les instal·lacions en un termini menor de 3 anys.

En el present projecte es presenta el disseny d'una planta multi- producte amb una capacitat de producció de 50 tones anuals de productes farmacèutics microparticulats, (principis actius, excipients,...) mitjançant el procés DELOS. El procés DELOS és una metodologia basada en l'ús de fluids comprimits (FC's), de desenvolupament recent, amb potencials aplicacions en la indústria farmacèutica. Aquest procés presenta nombrosos avantatges respecte les tecnologies convencionals de cristal·lització i micronització. La metodologia DELOS ha estat àmpliament estudiada a escala de laboratori i de planta pilot. En aquest treball, s'ha avaluat la viabilitat tècnica, ambiental i econòmica d'aplicar aquest nou procés a escala industrial. S'han analitzat vàries alternatives de disseny, s'ha avaluat l'impacte ambiental de la planta dissenyada vers una planta de tecnologia convencional, i s'ha realitzat una avaluació econòmica de les alternatives dissenyades, que compren una estimació de la inversió inicial requerida, una estimació del cost anual del producte i un anàlisi de rendibilitat. Els resultats obtinguts mostren que la planta dissenyada és viable en tots els aspectes mencionats. És tècnicament viable, el procés és simple, reproduïble i pot complir amb les estrictes normatives de qualitat farmacèutiques, sense gaires canvis en el procés, i els equips estan disponibles en el mercat actual. L'avaluació de l'impacte ambiental demostra que en termes de sostenibilitat, la planta DELOS dissenyada és més sostenible que les tecnologies actuals de cristal·lització i micronització. L'anàlisi econòmic mostra que la planta DELOS és rendible econòmicament.

El diseño se hace cada vez más, una parte importante e intrínseca del ingeniero. Esto provoca la utilización de instrumentos como la simulación, que abordan el problema desde un pragmatismo saludable, combinando los conceptos teóricos imprescindibles con la realidad operativa que requieren las instalaciones industriales, a través de una metodología sistemática. En el Departamento de Ingeniería Química, una de las ramas más importantes de investigación, se basa en la aplicación de programas de simulación a procesos industriales complejos, y en ello se centra este proyecto. Con el fin de evaluar el comportamiento del programa COMSOL Multiphysics, se ha partido de la idea de la modelización de un proceso de postcombustión en una central de ciclo combinado, ya que este proceso se conoce de forma analítica, pero no se ha estudiado la formación, desde el punto de vista de un resultado gráfico de este proceso. Para ello, se han partido de condiciones reales de funcionamiento de la central y de las condiciones de diseño de la instalación. Se puede adelantar, que los resultados han sido satisfactorios, y por ello, se ha estudiado con especial detalle, y como ejemplo, la formación de una de las especies dentro de la cámara, en este caso el NOx. Finalmente, se ha realizado una evaluación ambiental del impacto de la central en una población colindante.

Es realitza aquest projecte per resoldre la necessitat de millorar l'actual sistema de desgreixatge de la pell dels animals a les indústries d'adob. Totes les pells, sigui quin sigui el seu origen, tenen una certa quantitat de greix natural que, si no s'extreu correctament, dificulta enormement els processos de curtició i acabat de les pells. Actualment, el procés de desgreixatge s'efectua mitjançant sistemes aquosos amb l'ús de tensioactius. Aquest mètode provoca un elevat grau de contaminació en les aigües residuals de les indústries de la pell. L'objectiu del projecte és estudiar la viabilitat de la planta pilot d'extracció de greix de pell d'animal amb diòxid de carboni a pressió. Es descriu la planta pilot utilitzada, l'execució dels experiments, les condicions d'extracció estudiades, el disseny d'experiments, i s'analitzen els resultats obtinguts amb l'ajut d'un software estadístic. A continuació es simula el procés d'extracció amb un programa informàtic de simulació que reflexa tot el procés experimental portat a terme a la planta pilot, així com també apareixen els fluxos de diòxid de carboni, la concentració de les substàncies i la velocitat del procés. També es detalla l'impacte mediambiental que ocasiona aquest projecte i l'avaluació econòmica que representa la planta pilot i l'execució dels experiments. Així doncs, el projecte proposat és viable, tant econòmica com mediambientalment, el nou procés proposat implica una inversió inicial elevada ja que es tracta de canviar part de la instal·lació de les empreses, així com una formació tècnica dels treballadors, però a mig i a llarg termini serà menys costosa i més sostenible que la tecnologia convencional que utilitzen les empreses avui dia, i la implantació del nou procés de desgreixatge no implica una modificació de la resta d'operacions de tractament de la pell. Finalment, en forma d'annexos es presenta una explicació del tractament complet que rep la pell, el dispositiu experimental, els mètodes analítics determinats, els experiments preliminars, l'estudi estadístic dels resultats obtinguts, la simulació dels experiments amb el programa de simulació i els càlculs mediambientals i econòmics del projecte.

En el presente proyecto se recogen propiedades y características de dos variantes de depuración de aguas residuales urbanas, y se intenta profundizar en los nuevos sistemas emergentes en la actualidad. Uno de ellos, muy extendido y de amplia aplicación, es el sistema de depuración biológica mediante línea convencional de reactor biológico y decantación. Y el segundo sistema comparado también consta de reactor biológico pero con la novedad actual de los sistemas de membranas de ultrafiltración, llamado MBR. Esta comparación se ha creído conveniente aplicarla a una posible ampliación de una EDAR existente, ya que es una problemática muy frecuente y representativa de las depuradoras actuales, y debido a la escasez de agua se empiezan a plantear inversiones en aplicaciones de recuperación de aguas utilizadas. Para conseguir una comparativa real y exhaustiva se realiza un proyecto base, con estudios de funcionalidad y resultados, comparativa económica y funcional, viabilidad de proyectos, estudios de impacto medioambientales, estudios de explotación y mantenimiento, cálculos de funcionalidad y planos de proceso. El trabajo pretende facilitar la toma de decisión técnica en cuanto a las posibles utilizaciones de los nuevos sistemas de depuración mediante membranas de ultrafiltración (MBR).