Revista ION

EDITORIAL

CIC-Erosion: computational tool for predicting erosive wear in transport and production pipelines of hydrocarbons

Resumen La presencia de daño mecánico por erosión en la pared de la tubería, daño debido al impacto de partículas sólidas, puede afectar gradualmente la integridad de los componentes que conforman los sistemas de producción y transporte de hidrocarburos. La implementación de métodos o modelos para predecir el desgate erosivo es una actividad de interés para la industria del petróleo, debido a que sus resultados son usados para el estudio, valoración y seguimiento de los procesos erosivos, además de ser considerados en el dimensionamiento de las líneas y determinación de velocidades máximas de flujo, con el fin de mitigar y controlar la erosión. En este sentido, considerando la necesidad de mejorar la implementación de modelos, y análisis e interpretación de resultados de erosión, se presenta en este trabajo una metodología de cálculo, estructurada y de carácter selectivo, para predecir el desgaste erosivo en líneas de producción y transporte de hidrocarburos. Para conducir la metodología hasta un estado operativo práctico, se desarrolló una herramienta computacional (CIC-Erosion), usando el lenguaje de programación C#. En la fase de desarrollo y aseguramiento de la funcionalidad operativa de la herramienta se realizaron las siguientes subfases: a) definición de la arquitectura del software; b) codificación de los fundamentos teóricos de la metodología de cálculo y de la interfaz del usuario, y c) diagnóstico de la funcionalidad operativa del software usando datos experimentales de tasa de erosión reportados en la literatura e información de casos de estudio hipotéticos. Finalmente, se evaluó el comportamiento predictivo de la metodología de cálculo de erosión usando información de un caso de estudio asociado a un campo de producción de petróleo crudo ubicado en Colombia. En la evaluación de la capacidad de predicción del software se observó que existe concordancia entre los resultados obtenidos con la metodología de cálculo de erosión y la información experimental de campo usada en el estudio. De esta manera, la herramienta computacional CIC-Erosion puede ser considerada una alternativa eficiente y confiable para la predicción del desgaste erosivo en infraestructura usada para la recolección y transporte de hidrocarburos.

Abstract The mechanical integrity of pipeline walls in the system components used in hydrocarbons production and transportation can be compromised by the erosion caused by the continuous impact of suspended solids. The implementation of methods or models to monitor and predict erosive wear is an important tool for the oil industry. The results from simulations and prediction models can aid in the calculation and determination of line sizes and maximum flow velocities to control and regulated wall erosion. In this work, we present a structured and selective calculation methodology to improve the implementation of models and the analysis and interpretation of erosion data for the prediction of erosive wear in transport pipelines. A computational tool (CIC-Erosion) written in C# programming language was developed to bring the methodology to a practical operational state. To develop and assure the operational functionality of the CIC-Erosion tool, the following activities were performed: a) definition of software architecture, b) programming of the user interface and theoretical foundations, c) evaluation of the software operational functionality; using experimental erosion rate data reported in the literature and information from hypothetical case studies. Finally, the capacity to predict the behavior of the erosion calculation methodology was assessed using experimental data from case studies identified in the crude oil production of a field located in Colombia. When the predictive capacity of the software was evaluated, a good agreement between results obtained with the erosion calculation methodology and the experimental data was observed. Therefore, the CIC-Erosion computational tool can be considered an efficient and reliable alternative for the prediction of erosive wear in infrastructure used in the hydrocarbon industry.

Resumo A presença de dano mecânico por erosão na parede da tubulação, devido ao impacto das partículas sólidas, pode afetar gradativamente a integridade dos componentes que fazem parte dos sistemas de produção e transporte de hidrocarbonetos. A implementação de métodos ou modelos para prever o desgaste erosivo é uma atividade de interesse para a indústria do petróleo, já que seus resultados são utilizados para o estudo, avaliação e monitoramento de processos erosivos, além de ser considerada no dimensionamento de linhas e na determinação das taxas de fluxo máximo, com o intuito de mitigar e controlar a erosão. Nesse sentido, considerando a necessidade de melhorar a implementação de modelos, a análise e a interpretação dos resultados de erosão, neste trabalho é apresentada uma metodologia de cálculo, estruturada e seletiva, a fim de prever o desgaste erosivo em linhas de produção e de transporte hidrocarbonetos. Para conduzir a metodologia para um estado operacional prático, foi desenvolvido uma ferramenta computacional (CIC-Erosion), utilizando C# como linguagem de programação. Na fase de desenvolvimento e garantia de funcionalidade operacional da ferramenta, foram executadas as seguintes etapas: a) definição da arquitetura de software, b) codificação dos fundamentos teóricos da metodologia de cálculo e da interface do usuário, e c) diagnóstico da funcionalidade operacional do software usando dados de taxa de erosão experimentais relatados na informação bibliográfica coletada e informações sobre casos hipotéticos. Finalmente, foi avaliado o desempenho preditivo da metodologia de cálculo da erosão usando informações de um estudo de caso de um campo associado à produção de petróleo localizado na Colômbia. Na avaliação do poder preditivo do software, observou-se que existe concordância entre os resultados obtidos com a metodologia de cálculo da erosão e os dados experimentais de campo utilizados no estudo. Assim, a ferramenta computacional CIC-Erosion pode ser considerada uma alternativa eficiente e confiável para prever o desgaste erosivo em infraestruturas utilizadas para a produção e transporte de hidrocarbonetos.

Hemicellulose pyrolysis catalyzed by zinc sulfate and ferric sulfate

Resumen Recurriendo al uso de la técnica análisis termogravimétrico, se estudió el efecto catalítico del sulfato férrico y el sulfato de zinc sobre la pirólisis de la hemicelulosa. Se presentan termogramas de pirólisis de la hemicelulosa pura y en mezcla con estos catalizadores, en concentración de 3 % en peso, a las velocidades de calentamiento 10, 30 y 100 K/min. Se analizó el efecto de los catalizadores y de la velocidad de calentamiento sobre la forma de los termogramas, la temperatura de pico DTG de los eventos de pérdida de peso y los parámetros cinéticos del proceso. Los resultados fueron ajustados a tres modelos cinéticos diferentes. La presencia de estas sales cambia considerablemente las formas de los termogramas y la temperatura de los picos DTG, con respecto a los correspondientes termogramas de la hemicelulosa pura. Los datos de los tres sistemas fueron bien modelados por el modelo de distribución de energías de activación, DAEM. A partir de la comparación de estos y los respectivos resultados del modelo de descomposición propuesto en la literatura, es posible inferir que los sulfatos objeto de estudio catalizan las reacciones de deshidratación/fragmentación y depolimerización de la hemicelulosa.

Abstract Using the thermogravimetric analysis technique, the catalytic effect of ferric sulfate and zinc sulfate on the pyrolysis of hemicellulose was studied. Thermograms of the pyrolysis of pure hemicellulose and hemicellulose mixed with 3 % of catalysts were obtained at heating rates of 10, 30, and 100 K/min. The effect of heating rate and catalysts on the shape of thermograms, DTG peak temperature of weight loss events, and kinetics parameters was evaluated. Results were fitted to three kinetic models. The presence of these salts strongly change the thermogram forms and DTG temperature peaks with respect to the corresponding pure hemicellulose thermograms. Data from the three systems studied were well-modeled by the distributed activation energy model, DAEM. By comparing these and the respective results of the decomposition model proposed in the literature, it is possible to infer that the sulphates under study catalyze the reactions of dehydration/fragmentation and de-polymerization of hemicellulose.

Resumo Recorrendo à utilização da técnica de análise termogravimétrica, foi estudado o efeito catalítico de sulfato férrico e sulfato de zinco sobre a pirólise de hemicelulose. Os termogramas de pirólise de hemicelulose pura e misturada com estes catalisadores foram obtidos na concentração de 3 % em peso em velocidades de aquecimento de 10, 30 e 100 K/min. O efeito dos catalisadores e a taxa de aquecimento sobre a forma de termogramas, a temperatura de pico DTG de eventos de perda de peso e os parâmetros cinéticos do processo foram analisados. Os resultados foram ajustados para três modelos cinéticos diferentes. A presença desses sais muda grandemente as formas de termogramas e a temperatura de pico DTG em relação à os correspondentes termogramas de hemicelulose puros. Os dados dos três sistemas foram bem modelados pelo padrão de distribuição de energias de ativação, DAEM. A partir da comparação destes e os respectivos resultados do modelo de decomposição proposto na literatura, pode-se inferir que os sulfatos objeto de estudo catalisam reações de desidratação/fragmentação e despolimerização de hemicelulose.

Conformational, spectroscopic, NLO, HOMO-LUMO and reactivity of 1,3,5-triphenylpirazole computational study

Resumen Los parámetros estructurales de 1,3,5-trifenilpirazol se determinaron con DFT/cam-B3LYP con el conjunto de bases 6-311++G(d,p). Los resultados de la estructura molecular optimizada se presentan y comparan con los datos disponibles de rayos X de la molécula o moléculas muy similares. Se proporciona un análisis completo de los espectros observados de las mediciones espectrales de FT-IR, RMN (1H y 13C) y absorción UV-Vis con TD-DFT en la misma función y conjunto de bases. Los descriptores de reactividad global y local han sido determinados. Las propiedades ONL de esta molécula también fueron investigadas. Las distribuciones de cargas del análisis de poblaciones naturales y el mapa de potencial electrostático están correlacionados. Los resultados calculados y los hallazgos experimentales se discuten y se correlacionan.

Abstract The structural parameters of 1,3,5-triphenylpyrazole were determined with DFT/cam-B3LYP with the base set 6-311++G(d,p). The results of the optimized molecular structure are presented and compared with the available X-ray data of the molecule or very similar molecules. A complete analysis of the observed spectra of the spectral measurements of FT-IR, NMR (1H and 13C) and UV-Vis absorption with TD-DFT with the same function and set of bases is provided. The descriptors of global and local reactivity have been determined. The NLO properties of this molecule were also investigated. The distributions of NPA and MEP loads are correlated. The calculated results and the experimental findings are discussed and correlated.

Resumo Os parâmetros estruturais do 1,3,5-trifenilpirazole foram determinados com DFT/cam-B3LYP com o conjunto de bases 6-311++G(d,p). Os resultados da estrutura molecular otimizada são apresentados e comparados com os dados de raios-X disponíveis da molécula ou moléculas muito semelhantes. Uma análise completa dos espectros observados das medições espectrais de FT-IR, RMN (1H e 13C) e absorção UV-Vis com TD-DFT na mesma função e conjunto de bases é fornecida. As propriedades NLO desta molécula também foram investigadas. As distribuições de cargas NPA e MEP estão correlacionadas. Os resultados calculados e os resultados experimentais são discutidos e correlacionados.

Evaluation of sorption isotherms of grains and flour of amaranth (Amaranthus caudatus)

Resumen El objetivo principal fue evaluar las isotermas de sorción de granos y harina de kiwicha (Amaranthus caudatus) de las variedades Oscar Blanco, Noel Vietmeyer y CICA, se utilizó el método estático gravimétrico para intervalos de humedad relativa de 10 a 90% a temperaturas de 18, 20, 25 y 30 °C. Se estudiaron 11 modelos matemáticos y se modelaron a datos experimentales a través de RNL tomando como criterio de convergencia el coeficiente de correlación R 2 y el error medio relativo %E, así el modelo de Adam y Shove presentó mejor ajuste para los granos de kiwicha, mientras que para la harina fue el modelo de Peleg. Asimismo, se observó que la temperatura de almacenamiento influye significativamente (p-value<0,05) en la humedad de equilibrio (X e) de los granos y harina de kiwicha. El calor isostérico de adsorción oscila entre 6,340 a 0,235 KJ/g para humedades de 0,06 a 0,15 g de agua/g m.s. para los granos de la variedad Oscar Blanco, para la variedad Noel Vietmeyer oscila entre 2,556 a 0,518 KJ/g para humedades de 0,04 a 0,12 g de agua/g m.s., y para el grano CICA de 4,645 a 0,176 KJ/g para humedades de 0,06 a 0,14 g de agua/g m.s, en tanto que para la harina de la variedad Oscar Blanco se encuentra entre 32,028 a 1,99 KJ/g para humedades de 0,05 a 0,12 g de agua/g m.s., y para la variedad Noel Vietmeyer de 26,992 a 0,648 KJ/g para humedades de 0,06 a 0,20 g de agua/g m.s.

Abstract The main objective was to evaluate the adsorption isotherms of grain and flour amaranth (Amaranthus caudatus) varieties Oscar White, Noel Vietmeyer and CICA, it was used gravimetric method for static intervals relative humidity 10 to 90% at temperatures of were studied 11 mathematical models and they were modeled to experimental data through RNL, taking as a convergence criterion the correlation coefficient R 2 and the average relative error %E, thus the model of Adam and Shove present best fit for grains of amaranth, while the flour was Peleg model. Was also observed that the storage temperature influences significantly (p-value<0.05) in the equilibrium moisture (X e) grain and flour amaranth. The heat isosteric of adsorption oscillates between 6.340 to 0.235 kJ/g for moisture content of 0.06 to 0.15 g/g m.s. for the variety grain Oscar Blanco, for variety Noel Vietmeyer oscillates between 2.556 to 0.518 kJ/g for moisture of 0.04 to 0.12 g/g m.s., and for grain CICA of 4.645 to 0.176 kJ/g for moisture of 0.06 to 0.14 g/g m.s, as for the flour of the variety Oscar Blanco is between 32.028 to 1.99 kJ/g for moisture content of 0.05 to 0.12 g /g m.s, and for variety Noel Vietmeyer of 26.992 to 0.648 kJ/g for moisture of de 0.06 to 0.20 g/g m.s.

Resumo O objetivo principal foi avaliar as isotermas de sorção de grãos e farinha de amaranto (Amaranthus caudatus) das variedades Oscar Blanco, Noel Vietmeyer e CICA, utilizou-se o método estático gravimétrico para intervalos de humidade relativa de 10 a 90% a temperaturas de 18, 20, 25 e 30 °C. Estudaram-se 11 modelos matemáticos e modelaram-se a dados experimentais através de RNL tomando como critério de convergência o coeficiente de correlação R 2 e o erro médio relativo %E, assim o modelo de Aldam e Shove apresento melhor ajuste para os grãos de amaranto, enquanto para a farinha foi o modelo de Peleg. Assim mesmo observou-se que a temperatura de armazenamento influi significativamente (p-value<0,05) na humidade de equilíbrio (X e) dos grãos e farinha de amaranto. O calor isostérico de sorção varia entre 6,340 a 0,235 KJ/g para humidades de 0,06 a 0,15 g de água/g m.s. para os grãos da variedade Oscar Blanco, para a variedade Noel Vietmeyer varia entre 2,556 a 0,518 KJ/g para humidades de 0,04 a 0,12 g de água/g m.s., e para o grão CICA de 4,645 a 0,176 KJ/g para humidades de 0,06 a 0,14 g de água/g m.s., enquanto para a farinha da variedade Oscar Blanco encontra-se entre 32,028 a 1,99 KJ/g para humidades de 0,05 a 0,12 g de água/g m.s., e para a variedade Noel Vietmeyer de 26,992 a 0,648 KJ/g para humidades de 0,06 a 0,20 g de água/g m.s.

Effect of water saturation during the ignition of an in situ combustion process

Resumen Combustión In Situ (CIS) es un método térmico para la recuperación mejorada de crudo pesado. Para iniciar el proceso de CIS es necesario consumir una parte del aceite en la formación mediante reacciones de oxidación y luego mantener la combustión mediante la inyección continua de aire. Esta etapa inicial es conocida como la ignición del proceso y su estudio permite identificar el requerimiento energético del sistema roca-fluido. La correcta investigación de la ignición puede conducir a una aplicación exitosa en campo de CIS. El propósito del presente trabajo es predecir la ignición espontánea de un yacimiento de crudo pesado colombiano mediante un modelo matemático programado en MATLAB, el cual tiene en cuenta la transferencia de masa y energía que ocurre en el régimen de oxidación a bajas temperaturas (LTO). Los parámetros cinéticos fueron obtenidos a partir de las pruebas de celda isotérmica realizadas en el laboratorio de inyección de aire del Instituto Colombiano del Petróleo. Los resultados mostraron el efecto directo de la saturación de agua sobre el tiempo de retardo y la distancia a la cual toma lugar la ignición espontánea desde el pozo inyector.

Abstract In Situ Combustion (ISC) is a thermal method for the enhanced heavy oil recovery. To start the ISC process is necessary to consume a part of the oil in the reservoir by means of the oxidation reactions, then maintain combustion by continuous air injection. This initial stage is known as ignition and its study allows to identify the energy requirement of the rock-fluid system. Proper research of ignition could lead to successful ISC field trial. The purpose of the present project is to predict the spontaneous ignition of a Colombian heavy oil reservoir through a mathematical model programmed in MATLAB, which took into account a combined mass and heat transfer of the reactions that occur in the low temperature oxidation (LTO) regime. The kinetic parameters were obtained from the isothermal cell tests performed in the Air Injection Laboratory of the Instituto Colombiano del Petróleo. The results showed the direct effect of the water saturation on the delay ignition and the ignition distance from the injector well.

Resumo Combustão in-situ (CIS) é um método de recuperação térmica melhorada óleo pesado. Para iniciar o processo CIS é necessário consumir uma parte do óleo na formação por meio de reações de oxidação e, em seguida, manter a combustão mediante a injeção continua de ar. Esta fase inicial e conhecida como a ignição do processo e seu estudo identifica a exigência de energia o sistema rock fluido. A pesquisa correta da ignição pode levar a uma aplicação o CIS bem-sucedida no campo. O objetivo deste trabalho é prever a ignição espontânea de um reservatório de óleo pesado colombiano mediante um modelo matemático programado em MATLAB que leva em conta a transferência de massa e energia que ocorre no regime de oxidação a temperatura baixa (LTO). Os parâmetros cinéticos foram obtidos a partir de ensaios realizados no Laboratório de injeção de ar do Instituto Colombiano de Petróleo. Os resultados mostraram o efeito direito da saturação de agua sobre o tempo de atraso e a distância onde ocorre a ignição espontânea desde o poço injetor.

Adsorption of methylene blue using cassava peels (Manihot esculenta) modified with oxalic acid

Resumen En esta investigación se evaluó el potencial de la cáscara de yuca (Manihot esculenta) modificada con ácido oxálico para remover azul de metileno de soluciones acuosas. Se determinaron las mejores condiciones de temperatura (40-60 °C), tiempo (1-3 h) y relación másica ácido oxálico/biomasa (1,5-2) para la modificación. Se obtuvieron porcentajes de remoción de hasta 99,48% y capacidad de adsorción de 24,87 mg/g con cáscara de yuca modificada a 50°C por dos horas y 1,75 de relación ácido oxálico/ biomasa. El proceso de adsorción se ajustó al modelo de isotermas de Freundlich y la cinética de adsorción a un modelo de pseudo segundo orden.

Abstract In this work, it was investigated the potentiality of using cassava peel (Manihot esculenta) modified with oxalic acid for the removal of methylene blue from aqueous solutions. The best conditions of temperature (40-60 °C), time (1-3 h) and mass ratio oxalic acid/biomass (1.5-2) for the chemical treatment were studied. Removal percentages over 99.48 % and an adsorption capacity of 24.87 mg/g was obtained using modified cassava peel at 50°C during 2 hours and an oxalic acid/biomass ratio of 1.75. Removal process was best fitted to Freundlich isotherm model and pseudo second order kinetic model.

Resumo Neste estudo foi avaliado o potencial da casca de mandioca (Manihot esculenta) modificada com ácido oxálico para remover soluções aquosas de azul de metileno. Foram determinadas as melhores condições de temperatura (40-60°C), tempo (1-3h) e proporção de massa de ácido oxálico/biomassa (1,5-2) para modificação. Foram obtidos percentagens de remoção de até 99,48% e adsortividade de 24,87 mg/g com casca de mandioca modificada a 50 °C durante duas horas e 1,75 relação ácido oxálico/biomassa. O processo de adsorção foi ajustado ao modelo de isoterma de Freundlich, e a cinética de adsorção a um modelo de pseudo segundo ordem.

Kinetics of Vacuum Impregnation of Parallelepipeds of Cidra (Sechium edule (Jacq.) Swartz) with Mora and Grape Formulations

Resumen La cidra Sechium edule (Jacq.) Sw., se encuentra entre los alimentos con bajo contenido de grasa y alto contenido en Abra, vitaminas y minerales y puede ser utilizada como vehículo para la adición de compuestos bioactivos. El proceso de impregnación a vacío (IV) se utiliza como alternativa para la conservación y adición de compuestos bioactivos y solutos, mejorando las características nutricionales y sensoriales, para realizar este proceso se utilizaron los frutos de mora y uva por su atractivo color, jugosidad, sabor agradable y alto contenido de vitaminas, minerales y compuestos fenólicos. El objetivo de esta investigación fue determinar la cinética de impregnación a vacío de paralelepípedos de cidra en formulaciones de mora y uva. Se prepararon cinco formulaciones % v/v con pulpa de mora y uva (A:100% mora, B:100% uva, C: 25% mora/75% uva, D:50% mora/50%uva, E:75% uva/25% mora), la cidra se troceó en geometría de paralelepípedos y se sumergieron en las formulaciones para realizar la IV aplicando un pulso de vacío de 50 mbar los primeros 5 min seguido de restauración de la presión atmosférica durante 5 min; este procedimiento se repitió hasta alcanzar peso constante. Las muestras de cidra alcanzaron el equilibrado entre 100 y 120 min de tratamiento. La formulación D fue la que mejor respondió a este sistema de presiones, ya que los paralelepípedos presentaron menor pérdida de peso lo que indica mayor ganancia de solutos.

Abstract The citron Sechium edule (Jacq.) Sw., is among the foods with low fat content and high content in fiber, vitamins and minerals and can be used as a vehicle for the addition of bioactive compounds. The process of vacuum impregnation (IV) is used as an alternative for the conservation and addition of bioactive compounds and solutes, improving the nutritional and sensorial characteristics. To carry out this process, the fruits of blackberry and grape were used for their attractive color, juiciness, pleasant flavor and high content of vitamins, minerals and phenolic compounds. The objective of this investigation was to determine the kinetics of vacuum impregnation of parallelepipeds of citron in blackberry and grape formulations. Five formulations were prepared% v / v with blackberry and grape pulp (A: 100% blackberry, B: 100% grape, C: 25% blackberry / 75% grape, D: 50% blackberry / 50% grape, E: 75 % grape / 25% delay), the citron was chopped into geometry of parallelepipeds and submerged in the formulations to perform the IV by applying a vacuum pulse of 50 mbar for the first 5 min followed by restoration of atmospheric pressure for 5 min; this procedure was repeated until constant weight was reached. The citron samples reached a balance between 100 and 120 min of treatment. Formulation D was the one that best responded to this system of pressures, since the parallelepipeds presented less weight loss, which indicates greater solute gain.

Resumo O citrino Sechium edule (Jacq.) Sw., Está entre os alimentos com baixo teor de gordura e alto conteúdo em fibras, vitaminas e minerais e pode ser usado como veículo para a adição de compostos bioativos. O processo de impregnação a vácuo (IV) é usado como alternativa para a conservação e adição de compostos e solutos bioativos, melhorando as características nutricionais e sensoriais. Para realizar este processo, os frutos de amora e uva foram utilizados para sua atraente cor, suculência, sabor agradável e alto teor de vitaminas, minerais e compostos fenólicos. O objetivo desta investigação foi determinar a cinética da impregnação a vácuo de paralelepípedos de cidra em formulações de amora e uva. Foram preparadas cinco formulações0/) v / v com polpa de amora e uva (A: 100% de amora, B: 100% de uva, C: 25% de amora / 75% de uva, D: 50% de amora / 50% de uva, E: 75 % de uva / 25% de atraso), o citrino foi cortado em geometria de paralelepípedos e submergido nas formulações para realizar IV aplicando um pulso de vácuo de 50 mbar durante os primeiros 5 minutos seguido de restauração da pressão atmosférica por 5 min; Este procedimento foi repetido até atingir peso constante. As amostras de cidra atingiram um equilíbrio entre 100 e 120 minutos de tratamento. A formulação D foi a que melhor respondeu a este sistema de pressões, uma vez que os paralelepípedos apresentaram menos perda de peso, o que indica maior ganho de soluto.