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USABILIDAD DEL ACEITE DE METIL ÉSTER AÑADIDO DE MANGANESO A BASE DE RESINA ORGÁNICA PRODUCIDO A PARTIR DE RESIDUOS DE PESCADO DE SARDINA COMO COMBUSTIBLE ALTERNATIVO EN MOTORES DIÉSEL

ABSTRACT This paper deals with the usability of sardine fish oil methyl ester doped with manganese based organic compound in diesel engines an alternative fuel. For this purpose, raw sardine fish oil was obtained from sardine fish waste (fish heads, fish bones, and fish internal organs). A two-step catalytic process was performed to convert the raw sardine fish oil into methyl ester. Methanol, sulfuric acid and sodium hydroxide catalysts were used for the reaction. The quality of biodiesel produced in this study agrees with the Standard Specification for Biodiesel Fuel American Society for Testing and Materials (ASTM 6751). Smn50, Smn75 and Smn100 experimental fuels were obtained by mixing the obtained fish oil methyl ester into diesel fuel (DF) at 50%, 75% and 100% by volume. Then, 12 ppm organic resin-based manganese (Mn) was added to each mixture. The obtained fuel mixtures were tested and compared with pure diesel fuel (DF) under full-load engine torque condition in terms of engine performance and emissions. The results show that the temperatures of exhaust and engine torque, power, NOx, CO2 decrease when Mn-added biodiesel blends are used on the engine. Compared to other fuel blends, the Smn50 fuel blend underwent the greatest reduction . In the Smn50 fuel mixture, on average, a decrease of 11.64% in torque, 11.16% in power, 10.06% in NOx, 1.25% in CO2 and 1.05% in exhaust gas temperature was observed. On the other hand, BSFC, HC, CO emission values were higher than diesel fuel. The least increase in these values was observed in the Smn50 fuel mixture. In Smn50 fuel, on average, the increase was 20.90% in BSFC, 4.22% in CO and 13.40% in HC.

RESUMEN Este artículo trata sobre la usabilidad del éster metílico de aceite de pescado de sardina dopado con un compuesto orgánico a base de manganeso en motores diesel como combustible alternativo. Para ello, se obtuvo aceite de pescado de sardina crudo a partir de desechos de pescado de sardina (cabezas de pescado, espinas de pescado y órganos internos de pescado). Se realizó un proceso catalítico de dos pasos para convertir el aceite de pescado de sardina crudo en éster metílico. Se utilizaron catalizadores de metanol, ácido sulfúrico e hidróxido de sodio para la reacción. La calidad del biodiésel producido en este estudio concuerda con la Especificación estándar para combustible de biodiésel de la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM 6751), Los combustibles de prueba de biodiésel Smn50, Smn75 y Smn100 se prepararon mezclando el éster.

RMN DE BAJO CAMPO COMO UNA TÉCNICA ALTERNATIVA PARA ESTIMAR LA DENSIDAD Y VISCOSIDAD EN MEZCLAS DE TOLUENO-ACEITE PESADO

ABSTRACT The success of low field Nuclear Magnetic Resonance (LF-NMR) to estimate heavy oil properties depends on a good selection of mathematical models and fitting parameters. Since the correlations proposed are not universally applicable, in this study, a NMR published model was chosen and tuned to determine the density and viscosity of several mixtures of a Colombian heavy oil with toluene. The process began by mixing toluene with heavy oil to obtain several measuring points with properties similar to those of heavy oils. Each mixture was taken to a 7.5 MHz spectrometer at 40°C, where NMR parameters were acquired and used in the five pre-selected mathematical models. The reliability of viscosity measurements was analysed with the root mean square error (RMSE) and maximum absolute error (MAE). After the NLS regression process, the most accurate prediction was reached through the Burcaw model, with RMSE values of 40.55 cP. On the other hand, the density was estimated with the Wen correlation with results showing a relative error percentage of less than 1%. According to such error values, the tuned models are considered a starting point to extend the NRM technique use to other Colombian heavy oils with low uncertainty levels.

RESUMEN El éxito de la RMN para estimar las propiedades del petróleo pesado depende de una buena selección de los modelos matemáticos y los parámetros de ajuste. Dado que las correlaciones propuestas no han resultado ser de aplicación universal, en el estudio actual, se eligió un modelo de RMN publicado y se ajustó para determinar la densidad y viscosidad de varias mezclas de un a crudo pesado colombiano con tolueno. El proceso comenzó mezclando tolueno con el crudo pesado para obtener varios puntos de medición con propiedades similares a los crudos pesados. Cada mezcla se llevó a un espectrómetro de 7,5 MHz a 40 ° C, donde se adquirieron los parámetros de RMN y se emplearon en los cinco modelos matemáticos preseleccionados. La contabilidad de las mediciones de viscosidad se analizó con la raíz del error cuadrático medio (RMSE) y el error absoluto máximo (MAE). La predicción más precisa se alcanzó con el modelo de Burcaw, después del proceso de regresión NLS, con valores de RMSE de 40,55 cP. Por otro lado, la densidad se estimó con la correlación de Wen y los resultados mostraron un porcentaje de error relativo menor al 1%. De acuerdo con esos valores de error, los modelos ajustados en este trabajo se consideran un punto de partida para extender el empleo de la técnica NRM a otros petróleos pesados de Colombia con bajos niveles de incertidumbre.

SIMULACIÓN DE PROCESOS TERMOQUÍMICOS EN ASPEN PLUS COMO HERRAMIENTA PARA EL ANÁLISIS DE BIORREFINERÍAS

ABSTRACT The development of tools for the synthesis, design and optimization of biorefineries requires deep knowledge of the thermochemical processes involved in these schemes. For this project, three models from scientific literature were implemented to simulate the processes: fast pyrolysis in a fluidized bed, fixed-bed, and fluidized-bed gasification using the Aspen PlusTM software. These models allow the user to obtain performance, consumption, and cost parameters necessary for the design and optimization of biorefineries schemes. The fast pyrolysis model encompasses a detailed description of biomass decomposition and kinetics of the process (149 reactions). In the fixed-bed gasification process, seven reactions that model the process have been integrated into two equilibrium reactors that minimize the Gibbs free energy. The model used for fluidized bed gasification considers both hydrodynamic and kinetic parameters, as well as a kinetic model that considers the change in the combustion reaction rate of biomass with oxygen leading to a change in temperature. Due to the complexity and detail of all these models, it was necessary to use FORTRAN subroutines and iterative Excel macros linked to Aspen PlusTM. Finally, the results of each simulation were validated with data from the model sources, as well as experimental results from the literature.

RESUMEN El desarrollo de herramientas para la síntesis, diseño y optimización de biorrefinerías requiere un conocimiento profundo de los procesos termoquímicos involucrados en estos esquemas. En el presente trabajo se implementaron tres modelos de la literatura científica para simular por medio de Aspen PlusTM los procesos: pirólisis rápida en lecho fluidizado, gasificación en lecho fijo y lecho fluidizado, Estos modelos permiten obtener parámetros de desempeño, consumo y costo que son necesarios para el diseño y optimización de esquemas de biorrefinerías. El modelo de pirólisis rápida incluye una descripción detallada de la descomposición de la biomasa y la cinética del proceso (149 reacciones). El proceso de gasificación en lecho fijo, integra siete reacciones que modelan el proceso en dos reactores de equilibrio que minimizan la energía libre de Gibbs, El modelo utilizado para la gasificación en lecho fluidizado tiene en cuenta tanto parámetros hidrodinámicos como cinéticos, así como un modelo cinético que considera el cambio en la velocidad de reacción de combustión de la biomasa con oxígeno con respecto al cambio de temperatura. Debido a la complejidad y el detalle de todos estos modelos, se emplearon subrutinas de FORTRAN y macros iterativas de Excel vinculadas al Aspen PlusTM. Finalmente, los resultados de cada simulación fueron validados con los artículos base y con resultados experimentales de la literatura.

ESTUDIO TEÓRICO Y NUMÉRICO DE LAS PROPIEDADES DE COMBUSTIÓN DEL HIDRÓGENO / GAS NATURAL / AIRE PREMEZCLADO A UNA PRESIÓN SUBATMOSFÉRICA DE 0.849 BAR

ABSTRACT Due to the energy transition worldwide, renewable energy sources complementary to fossil fuels are being sought. Considering that hydrogen generates only water when reacting with air, the application of hydrogen can play a leading and complementary role in the reduction of greenhouse gas (GHG) emissions. This work conducts a theoretical and numerical evaluation of the effect of adding hydrogen to natural gas (NG) combustion. Eight fuels, from 0% H2 up to 100% H2, by volume, were evaluated in 15% intervals. The volumetric and mass air requirement, H2O and CO2 production, wet and dry combustion products, as added to the heating value, Wobbe index, flammability ranges, dew point, and specific gravity, were calculated for each mixture at stoichiometric conditions. Some premixed flame combustion properties were calculated numerically for equivalence ratios from 0.5 to 1.5, using Medellín's atmospheric conditions. These properties include the minimum ignition energy, critical quenching distance, diffusive thickness, laminar burning velocity, adiabatic flame temperature, flame structure, and ignition delay time. The latter property considered reagent preheat temperatures between 1000 K and 1600 K, finding an inverse relationship. Furthermore, increased hydrogen content showed an increase in flame temperature and laminar deflagration velocity, and a decrease in ignition delay time, flame thickness, critical quenching distance, and minimum ignition energy. Finally, the maximums and minimums of the properties considered were found to center at stoichiometric conditions for 100% natural gas, while the addition of hydrogen shifted the trend towards richer mixtures.

RESUMEN Debido a la transición energética que se ha venido presentando a nivel mundial, se han buscado complementariedades a los combustibles fósiles con energías de fuentes renovables, teniendo en cuenta que el hidrógeno es un combustible que puede generar sólo agua como producto de la reacción con el aire, se deben evaluar los diferentes escenarios en los que el hidrógeno puede tener un papel tanto protagónico como complementario en cuanto a disminución de gases de efecto invernadero (GEI). En este trabajo se realiza un análisis teórico y numérico que evalúa el cambio en las propiedades de combustión con la adición de hidrógeno al gas natural (GN). Ocho mezclas fueron evaluadas desde 0% H2 con incrementos de 15% (en volumen) hasta 100% H2. Para dichas mezclas, se calculó a condiciones estequiométricas el requerimiento de aire (volumétrico y másico), producción de H2O y CO2 (volumétrico y másico), humos húmedos y humos secos (volumétrico y másico), poder calorífico, índice de Wobbe, gravedad específica, intervalos de inflamabilidad, punto de rocío y gravedad específica. También, se calcularon de manera numérica algunas propiedades de combustión en llamas de premezcla, bajo un rango de relaciones de equivalencia entre 0.5 y 1.5 para las condiciones atmosféricas de la ciudad de Medellín; estas propiedades corresponden a la energía mínima de ignición, distancia crítica de enfriamiento, espesor difusivo, velocidad de deflagración laminar, temperatura de llama adiabática, estructura de llama y tiempo de retraso a la ignición, para esta última propiedad se consideraron temperaturas de precalentamiento de los reactivos entre 1000 K y 1600 K y encontró una tendencia inversa respecto a esta variable. Los resultados mostraron un aumento en la temperatura de llama y velocidad de deflagración laminar conforme se aumenta el contenido de hidrógeno en la mezcla, y del mismo modo se evidenció una disminución en el tiempo de retraso a la ignición, espesor de llama, diámetro crítico de enfriamiento y energía mínima de ignición. Asimismo, se encontró que el valor máximo/mínimo de las diferentes propiedades se encuentra para condiciones estequiométricas para 100% gas natural, y conforme se adiciona hidrógeno en la mezcla hay un desplazamiento a mezclas ricas.

MODELADO Y ANÁLISIS DE UN ORC DE DOS ETAPAS PARA RECUPERAR EL CALOR RESIDUAL DEL CICLO GEOTÉRMICO DE UN SOLO FLASH

ABSTRACT Reusing heat dissipation in thermodynamic cycles is an exciting proposal to increase efficiency. In this paper, a two-stage ORC (Organic Rankine Cycle) is proposed to recover and reuse wasted energy from an SFGC (Single Flash Geothermal Cycle). The working fluids studied for the recovery system include R227ea and R116 and R124 and R125. The effect of the main elements of system performance is investigated using sensitivity analyses. Exergy degradation of various components is also calculated. For working fluids R227ea and R116, the thermal efficiency improved by 7.66%, from 0.2023 to 0.2178. The system's thermal efficiency is improved from 0.2023 to 0.2177 by 7.61% using R124 and R125. The exergy efficiency of the initial working fluid improves by 15.04%, from 0.5044 to 0.5803. Further, the second pair of working fluids from 0.5044 to 0.5852, which indicates a 16.01% system efficiency improvement. 85% of the system exergy is eliminated through the expansion valve, turbine 3, heat exchanger 2, and mixer. Including the recovery phase in the base, SFGC will positively affect the power plant's performance.

RESUMEN La reutilización del calor disipado en los ciclos termodinámicos es una propuesta interesante para aumentar la eficiencia. En este trabajo se propone un ORC (Organic Rankine Cycle) de dos etapas para recuperar y reutilizar la energía desperdiciada de un SFGC (Single Flash Geothermal Cycle). Los fluidos de trabajo estudiados para el sistema de recuperación incluyen R227ea y R116 y R124 y R125. El efecto de los principales elementos del rendimiento del sistema se investiga mediante un análisis de sensibilidad y también se calcula la degradación de la exergía de varios componentes. Los resultados indican que los fluidos de trabajo R227ea y R116 tienen una la eficiencia térmica mejorada en un 7,66%, pasando de 0,2023 a 0,2178; mientras que para R124 y R125 la eficiencia térmica del sistema mejora en un 7,61%, pasando de 0,2023 a 0,2177. La eficiencia exergética del fluido de trabajo inicial mejora en un 15,04%, de 0,5044 a 0,5803. Además, el segundo par de fluidos de trabajo pasa de 0,5044 a 0,5852, lo que indica una mejora de la eficiencia del sistema del 16,01%. El 85% de la exergía del sistema se elimina a través de la válvula de expansión, la turbina 3, el intercambiador de calor 2 y el mezclador. Además, si se incluye la fase de recuperación en la base, el SFGC afectará positivamente al rendimiento de la central eléctrica.

ANÁLISIS DE CLASIFICACIONES DE POZOS DE GAS Y FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD EN EL CAMPO DE GAS KELA-2

ABSTRACT As one of the main gas fields in Chinese West-East Gas Transmission Project, cumulative gas production of Kela 2 Gas Field has been over 120 billion cubic meters since 2004. Each gas well has different gas production characteristics, water production, and pressure changes. Advanced water results in a serious non-homogeneous water invasion, and the actual gas production is much less than that in the development scheme. To further enhance the recovery of the Kela 2 Gas Field, productivity influencing factors of each gas pay interval are analyzed by using the production logging data based on geological characteristics. According to the change of the main gas pay and water production from production logging, gas wells are divided into four types, and three water invasion patterns in Kela 2 Gas Field. The causes of gas production changes and water production regime are analyzed for each type first, and then the main productivity influencing factors in gas wells are determined. The outcome shows that pressure drop, water breakthrough of gas pay layers, and different reservoir properties are the main productivity influencing factors. Through gas well classification of the Kela 2 Gas Field, the productivity influencing factors and productivity change regime are determined, which could provide grounds for further enhancing the recovery of the Kela 2 Gas Field.

RESUMEN Como uno de los principales campos de gas del Proyecto de Transmisión de Gas Oeste-Este de China, la producción acumulada de gas del campo de gas Kela 2 ha superado los 120 mil millones de metros cúbicos desde 2004. Cada pozo de gas muestra diferentes características de producción en la producción de gas, producción de agua y cambio de presión. El avance del agua por adelantado da como resultado una grave invasión de agua no homogénea, y la producción real de gas es mucho menor que la del plan de desarrollo. Para mejorar aún más la recuperación del campo de gas Kela 2, los factores que influyen en la productividad de cada intervalo productivo de gas se analizan utilizando los datos de registro de producción basados en las características geológicas de desarrollo. De acuerdo con el cambio de la producción principal de gas y agua a partir del registro de producción, los pozos de gas se dividen en cuatro tipos y tres patrones de invasión de agua en el campo de gas Kela 2. Las causas del cambio en la producción de gas y la ley de producción de agua se analizan primero para cada tipo y luego se determinan los principales factores que influyen en la productividad de los pozos de gas. Los resultados indican que la caída de presión, la penetración de agua en la capa productiva de gas y las diferentes propiedades del yacimiento son los principales factores que influyen en la productividad. A través de la clasificación de pozos de gas del campo de gas Kela 2, se determinan los factores que influyen en la productividad y la ley de cambio de productividad, lo que podría proporcionar una base para mejorar aún más la recuperación del campo de gas Kela 2.