El presente trabajo de tesis está enfocado en desarrollar una metodología para el estudio de los efectos del terreno sobre tuberías de gas enterradas (gasoductos), basado en la problemática encontrada de las cargas inesperadas sobre las instalaciones de gas debido al suelo en proyectos al interior del país, como lo es Camisea. Para lograr este objetivo, se utilizó el modelo constitutivo de Drucker - Prager para representar el terreno, así como también las propiedades de cohesión y ángulo de fricción para definir su comportamiento mecánico. El estudio está basado en el análisis por elementos finitos de diferentes modelos que incluyen terreno y tubería bajo los efectos de diferentes cargas: peso propio del terreno, carga vertical sobre la superficie del terreno, carga oblicua sobre la superficie del terreno y presencia de una falla o plano de deslizamiento al interior del terreno pasando por la posición donde está enterrada la tubería. Para tal estudio, se usó el software ANSYS en sus versiones 14 y 14.5. Asimismo, se trabajó una parte en conjunto con el Centro Internacional de Métodos Numéricos para la Ingenería (CIMNE), quienes apoyaron en el estudio desde su sede en Cataluña, Barcelona. Ellos desarrollaron el modelo de plasticidad de Drucker – Prager en el software COMET y mostraron algunas simulaciones que permitieron estudiar el comportamiento del suelo cuando existen deformaciones plásticas en el mismo. Una vez realizadas las simulaciones y el análisis de las mismas, se pudieron obtener conclusiones que podrán servir como directrices en investigaciones futuras sobre el tema. Se encontró que las cargas sobre el terreno tienen poca o nula influencia sobre la tubería si esta se encuentra enterrada a una profundidad adecuada; además, se observó un aumento de la magnitud de los esfuerzos en presencia de una falla en el terreno, que fue representada como un plano de deslizamiento del mismo.

Se ha elaborado un business consulting para la empresa Pluspetrol Peru Corporation S.A., la cual es socio y operador del proyecto de gas Camisea (lote 88 y 56), y tiene el mayor aporte de gas natural para uso industrial, vehicular y doméstico, así mismo contribuye en la generación del 40% energía eléctrica del territorio nacional. Para ello, se ha realizado una evaluación sobre la empresa y su modelo de negocio, y ha sido necesario efectuar un análisis del contexto del mercado de los hidrocarburos en el Perú, así como un análisis interno y externo propio de la empresa, para lo cual se han utilizado los análisis PESTEL y FODA, que permitieron identificar principalmente las oportunidades y fortalezas que tiene esta empresa en el desarrollo energético del Perú. Se realizó el diagnóstico empresarial, en el que se observó el mapa de procesos, identificando a su unidad de negocio Planta Malvinas como la de mayor impacto en la compañía, se identificaron los problemas principales y la causa raíz, para así realizar una propuesta de valor que le permita a Pluspetrol operar en un escenario rentable y sostenible que le permita tener un impacto positivo en las personas, el medio ambiente, su reputación y la gestión de activos/producción. Para ello, se han utilizado las herramientas de análisis 7Ms, Diagrama de Ishikawa, Matriz de Criticidad y Priorización de Problemas, Diagrama de Pareto. Es a partir de este punto que se presentaron propuestas de solución para lograr optimizaciones y eliminar desperdicios en las locaciones remotas o “clusters” del lote 88 y 56, a través de la remotización de sus operaciones, lo que se ha denominado como Lean Cluster. La principal propuesta se basa en la eliminación de procesos que requieren la presencia permanente de personal operativo en las locaciones para que se mantenga continua la producción desde los pozos de gas, ya sea por un alto índice de falla en los equipos o por su impacto que puede tener en el medio ambiente o comunidades. Es así que se presenta un estatus actual (Cluster As Is) y el estatus deseado (Cluster To Be). / This business consulting has been prepared for the company Pluspetrol Peru Corporation S.A., which is a partner and operator of the Camisea gas project (Blocks 88 and 56), which has the largest contribution of natural gas for vehicular and domestic use, and also contributes in the generation of 40% electrical energy in the national territory. To do this, a presentation has been made about the company and its business model, and it has been necessary to carry out an analysis of the hydrocarbon context in Peru, as well as, an internal and external analysis of the company, for which the PESTEL and SWOT analysis, which allows us to mainly identify the opportunities and strengths that this company has in the energy development of Peru. Likewise, a business diagnosis is carried out, in which the process map is observed, and major problems are identified along with their root causes, in order to make a value proposition that allows Pluspetrol to continue having a positive impact on people, the environment, its reputation and asset/production management. For this, some important tools have been used such as 7Ms, Ishikawa Diagram, Problem Criticality and Prioritization Matrix, Pareto Diagram. It is from this point that solution proposals are presented to achieve optimizations and eliminate waste in the remote locations or “clusters” of blocks 88 and 56, through the remotization of their operations, which has been called Lean Cluster. The main proposal is based on the elimination of some processes, which require the permanent presence of operational personnel at the locations to maintain continuous production from the gas wells, either due to a high rate of equipment failure or due to its impact it can have on the environment or communities. This is how a current status (Cluster As Is) and the desired status (Cluster To Be) are presented.

La producción de petróleo y gas ha estado consolidándose en el mundo. A 2014 Europa depende de Rusia, Alemania, y los Países Árabes para su desarrollo energético e industrial; y en América, EE.UU., Brasil, México, y Venezuela generan la mayor producción de crudo. Para el Sector de Operación y Mantenimiento en Petróleo y Gas, esta consolidación constituye una oportunidad de focalizar sus esfuerzos para abarcar un mercado que cada vez se hace más exigente en términos de eficiencia operacional. La reciente reducción de los precios de petróleo establece como prioridad la necesidad de optimizar los costos y por ello elementos como la tecnología, la investigación, y desarrollo se hacen cruciales para mantener la eficiencia operativa del Sector. Conscientes de esta necesidad, se desarrolla el plan estratégico para el Sector de Operación y Mantenimiento en Petróleo y Gas con la finalidad de: (a) fortalecerlo, (b) ampliar mercado a otros países de América, (c) generar un nivel técnico y tecnológico a partir de procesos de investigación y desarrollo que le permita ser más competitivo, (d) lograr el liderazgo del mercado latinoamericano, y (e) generar impactos positivos en las comunidades que seguirá siendo un aspecto de especial atención en el desarrollo del Sector. En este sentido las estrategias van dirigidas a cumplir con estos propósitos y por ello estas tratan de: (a) incrementar el mercado a través de alianzas y cubrimiento de nuevos países, (b) mejorar las condiciones de trabajo con el mejoramiento de los procesos incorporando tecnología y vinculando a la empresa privada en proyectos de investigación y desarrollo, y (c) crear esquemas de sustentabilidad de las operaciones trabajando con la comunidad para mejorar sus condiciones de vida. Con estas propuestas se espera contribuir en el posicionamiento de Colombia como protagonista competitivo en el Sector de Operación y Mantenimiento en Petróleo y Gas puesto que se incrementaría la productividad y por ende la rentabilidad de las compañías de producción de petróleo y gas. / The production of oil and gas has been consolidating in the world. In 2014, Europe depended on Russia, Germany, and the Arabian Countries for its energy and industrial development; and in America, USA, Brazil, Mexico, and Venezuela generated the largest oil production. For the Operation and Maintenance in Oil and Gas Industry, this consolidation is an opportunity to focus their efforts to cover a market that is becoming more demanding in terms of operational efficiency. The recent decline in oil prices prioritizes the need to optimize costs and thus elements such as technology, research and development become crucial to maintain operational efficiency of the Industry. Recognizing this need, the strategic plan for the Operation and Maintenance in Oil and Gas Industry in order to develop is: (a) strengthen, (b) expand market to other countries in America, (c) generating a technical and technological level from processes of research and development to enable you to be more competitive, (d) achieve leadership in the Latin American market, and (e) generate positive impacts on communities will remain an area of particular focus in the development of this Industry. For this reason, strategies are directed to accomplish these objectives and these strategies are: (a) increase the market through partnerships and developing new countries, (b) improve working conditions with process improvement incorporating technology and linking private enterprise in research and development, and (c) creating operation’s sustainability schemes working with the community to improve their living conditions. These proposals are expected will contribute to the positioning of Colombia as a competitive player in the Operation and Maintenance in Oil and Gas Industry because productivity would increase and thus the profitability of companies producing oil and gas.

Repsol S.A. es una empresa energética global, tiene como objetivo al 2050 cero emisiones netas y sus estrategias van alineados a esa transformación. Actualmente opera en más de 30 países teniendo como casa matriz España. En el Perú sus actividades abarcan, exploración, refinamiento del crudo, transporte de productos de hidrocarburos como combustible, gas natural, GLP, a través de sus diferentes unidades de negocio. La presente consultoría se enfoca en el área de Tanques y Terminales de la Refinería la Pampilla, tiene el objetivo de reducir los errores operativos en las transferencias de productos en el área en mención, así tener impactos positivos en la rentabilidad, imagen de la empresa y su responsabilidad social. Durante la consultoría se realizó un análisis del área a través de la matriz FODA, revisión de sus manuales de procedimientos, entrevistas al equipo. Se identificaron los principales problemas: transferencia de productos entre tanques no programados, transferencia de volúmenes incorrectos y transferencia de productos incompatibles. De acuerdo con cifras proporcionadas por el área de programación y control en el 2020 se han registrado pérdidas económicas relacionadas a errores operativos evitables, que ascienden a la suma de US$ 182,210 y US$ 168,000 por regalos de calidad y reprocesos de productos respectivamente. A partir de los problemas mencionados se indagaron las causas raíz a través de la herramienta de Ishikawa y el método del ciclo de Deming para posteriormente plantear ocho alternativas de solución, así priorizar y elegir que alternativas a implementar. Se utilizó la matriz de decisiones estratégicas en su versión adaptada teniendo en consideración los factores de innovación, costo, impacto y tiempo, cada una con puntuación y porcentaje. En conjunto con la gerencia se decidió implementar las alternativas: realizar los diagramas de los principales sistemas de tanques y terminales, identificación y rotulación de los sistemas de tuberías y válvulas, actualización de los esquemáticos de la sala de control y procedimiento de comunicación y actuación. La implementación de esta propuesta logra disminuir los errores operativos en un 80% con un beneficio de 280,000 dólares por año, así mismo también colabora a reducir impacto ambiental y provee de mayor eficiencia y seguridad al proceso productivo. / Repsol S.A. is a global energy company, its goal is zero net emissions by 2050 and all their strategies are aligned to this transformation. It currently operates in more than thirty countries with Spain as its headquarters. In Peru, its activities include exploration, oil refining, transportation of hydrocarbon products such as fuel, natural gas, and LPG, through its different business units. This consultancy focuses on the area of Tanks and Terminals of the La Pampilla Refinery, and its main objective is to reduce operational errors in the transfer of products in the area, thus having positive impacts on the profitability, image of the company, and social responsibility. During the consultancy, an analysis of the area was conducted through SWOT, revision of its procedure’s manuals, and interviews with the team. The main problems were then identified: transfer of products between unscheduled tanks, transfer of incorrect volumes, and transfer of incompatible products. According to figures provided by the programming and control area, in 2020 the economic losses related to avoidable operational errors were of US $ 182,210 and US 168,000 for quality gifts and product reprocesses. Based on the problems, their root causes were sought through the Ishikawa tool and the Deming cycle method to later propose eight solution alternatives, thus prioritizing, and choosing which alternatives to implement. The strategic decision matrix was used in its adapted version considering the factors of innovation, cost, impact, and time, each with a score and percentage, together with management it was decided to implement the following alternatives: make the diagrams of the main systems of tanks and terminals, identification and labeling of the piping and valve systems, updating of the control room schematics and communication and action procedure. The implementation of this proposal manages to reduce operating errors by 80% with a benefit of $ 280,000 per year, likewise, it also helps to reduce environmental impact and provides greater efficiency and increase of safety to the operational procedure.

En el contexto actual muchas empresas se han visto en la imperiosa necesidad de reducir sus costos operativos y hacer sus procesos más eficientes. Uno de los sectores más impactados en el contexto actual es el sector industrial, adicionalmente al hecho de que muchos de ellos en la región norte de Lima no tienen acceso a las redes de distribución de Gas Natural y se ven obligados a consumir combustibles convencionales para sus procesos productivos. Por otro lado, es necesario también alienarse a las tendencias globales de cuidado del medio ambiente en las cuales los sectores productivos deben hacer un uso más eficiente de la energía. Esto se refleja en la implementación de sistemas de monitoreo y control del uso eficiente de la energía, la innovación tecnológica y cuidado del medio ambiente tomado como línea base los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU. El presente modelo de negocio pretende contribuir al acceso de las empresas industriales que se encuentran fuera de la red de distribución de Gas Natural y que tienen como objetivo incrementar sus índices de rentabilidad mediante la reducción de costos operativos y mejora de su producto terminado, accediendo a combustibles alternativos a los derivados del petróleo que son más económicos y contribuyen a la reducción de la contaminación ambiental. Respecto de los indicadores de retornos de la inversión evaluamos la propuesta en un horizonte de 10 años con una tasa de descuento de 8.06% (OSINERGMIN, 2015), con recursos de la inversión al 100% en capital propio. Como resultado del análisis se obtienen los siguientes indicadores: VAN igual a S/ 2’143,719.47, una TIR igual a 18.75%, un índice de rentabilidad de 1.58, un tiempo de recuperación de la Inversión de 4.61 años y una relación Beneficio Costo de 1.12. / In today's context many companies have found the urgent need to reduce their operating costs and make their processes more efficient. One of the sectors most impacted today by the current situation is the industrial sector, in addition to the fact that many of them in the northern region of Lima do not have access to Natural Gas distribution networks and are forced to consume conventional fuels for their production processes. On the other hand, it is also necessary to alienate global environmental care trends in which productive sectors must make more efficient use of energy. For example, implementing systems for monitoring and controlling the efficient use of energy, technological innovation and environmental care taken as a baseline for the UN Sustainable Development Goals. This business model aims to contribute to the access of industrial companies outside gas's distribution network and that aim to increase their profitability rates by reducing operating costs and improving their finished product, accessing alternative fuels to oil derivatives that are cheaper and contribute to the reduction of environmental pollution. Regarding investment return indicators, we evaluate the proposal over a 10-year horizon with a discount rate of 8.06% (OSINERGMIN, 2015), with investment resources at 100% in equity. As a result of the analysis, the following indicators are obtained: VAN equal to S/ 2'143,719.47, a TIR equal to 18.75%, a profitability index of 1.58, an investment recovery time of 4.61 years.

[ES] En esta tesis se han estudiado las propiedades de diferentes adsorbentes zeolíticos y su uso en separaciones de mezclas fluidas de interés industrial. La selección de los materiales se ha realizado poniendo especial énfasis en los adsorbentes zeolíticos de poro pequeño de baja polaridad, más concretamente, zeolitas pura sílice, aluminofosfatos y silicoaluminofosfatos. Las separaciones que se han considerado están relacionadas principalmente con la producción de energía, procesado del gas natural y del biogás, purificación de hidrógeno, mejora del índice de octano de la gasolina y purificación de biobutanol. Las propiedades de adsorción se han estudiado mediante medidas de isotermas de adsorción de un solo componente, medidas de cinéticas de adsorción de un solo componente y experimentos de adsorción dinámica multicomponente, es decir, experimentos de curvas de ruptura. Las isotermas de adsorción se analizaron en cuanto a forma y capacidad máxima de adsorción y se utilizaron para calcular los calores isostéricos de adsorción, las selectividades termodinámicas y las capacidades de trabajo ideales en procesos hipotéticos de adsorción por oscilación. Las medidas de cinéticas de adsorción han permitido comparar el comportamiento difusional de diferentes adsorbatos en diferentes materiales y calcular las constantes de difusión temporales, que a su vez fueron utilizadas para calcular selectividades cinéticas ideales / factores de separación. Los experimentos de curvas de ruptura se utilizaron para ver cómo se comportan los materiales en condiciones cercanas al caso industrial, para calcular las selectividades reales de mezcla y los parámetros de operación relevantes de procesos de adsorción, es decir, productividad, recuperación y pureza. Las propiedades físicas de los materiales estudiados, como la estructura, el orden cristalino, la conectividad atómica, el tamaño y la forma de las partículas y las propiedades texturales, han sido evaluadas y empleadas para explicar los resultados obtenidos en los experimentos de adsorción. En el capítulo 1, se presenta una introducción general sobre las zeolitas, su síntesis, propiedades y aplicaciones, junto con una introducción acerca de los fenómenos de adsorción y las separaciones industriales de interés para esta tesis. En el capítulo 2 se presentan los objetivos de este trabajo de tesis. En el capítulo 3 se presenta la síntesis de los adsorbentes utilizados, junto con los equipos de caracterización y adsorción y los procedimientos de análisis de datos de adsorción. En el capítulo 4, se estudia la adsorción de gases ligeros en Si-RWR con especial énfasis en la separación de isótopos de hidrógeno y la purificación del hidrógeno presente en la corriente de salida de un proceso de reformado de metano con vapor. En el capítulo 5 estudio las propiedades de adsorción de \ce{CO2} en aluminofosfatos, silicoaluminofosfatos y zeolitas de estructuras LTA, CHA y AFI, y más específicamente los calores isostéricos de adsorción. En el capítulo 6, estudio el efecto del tamaño de poro y la topología de poro en la separación de \ce{CO2} de \ce{CH4} mediante isotermas de compuestos puros y experimentos de ruptura de la mezcla. En el capítulo 7, se estudian las propiedades de adsorción de hidrocarburos de las fracciones C5-C7 en Si-STW con la atención puesta en la separación de hidrocarburos dirramificados de monorramificados y lineales. Se establece una comparación con Si-MFI. En el capítulo 8 se estudia una serie de zeolitas puramente silíceas para la separación de una mezcla de vapores de 1-butanol, acetona, etanol y agua proveniente de un proceso de fermentación. Se han realizado experimentos de adsorción de los compuestos puros, así como de mezclas de ellos mediante curvas de ruptura. Se presta atención a la recuperación de 1-butanol durante el proceso de adsorción, estudiá / [CA] En aquesta tesi, s'han estudiat les propietats de diferents adsorbents zeolítics i el seu ús en separacions de mescles de fluids d'interès industrial. La selecció dels materials s'ha dut a terme posant un èmfasi especial en els adsorbents zeolítics de porus petit de baixa polaritat, més concretament, les zeolites pura sílice, aluminofosfats i silicoaluminofosfats. Les separacions que s'han considerat estan relacionades principalment amb la producció d'energia, el processament de gas natural i de biogàs, la purificació d'hidrogen, la millora del nombre d'octans de la gasolina i la purificació de biobutanol. Les propietats d'adsorció s'han estudiat mitjançant isotermes d'adsorció d'un component, cinètiques d'adsorció d'un component i experiments d'adsorció dinàmica multicomponent, és a dir, experiments de corbes de ruptura. Les isotermes d'adsorció es van analitzar en funció de la seva forma i capacitat màxima d'adsorció i es van utilitzar per calcular les calors isostèriques d'adsorció, les selectivitats termodinàmiques i les capacitats de treball ideals en els hipotètics processos d'adsorció per oscil·lació . Les mesures de cinètiques d'adsorció han permès comparar el comportament difusional de diferents adsorbats en diferents materials i calcular constants temporals de difusió, que, al seu torn, s'han utilitzat per al càlcul de selectivitats cinètiques ideals/factors de separació. Els experiments de corbes de ruptura es van utilitzar per, veure com funcionen els materials en condicions properes al cas industrial i per calcular per a cada mescla les selectivitats i els paràmetres d'operació rellevants per a processos d'adsorció, és a dir, la productivitat, la recuperació i la puresa. Les propietats físiques dels materials estudiats, com ara l'estructura, l'ordre cristal·lí, la connectivitat dels àtoms, la mida i la forma de les partícules i les propietats texturals s'han avaluat i s'han utilitzat per explicar els resultats obtinguts en els experiments d'adsorció. En el capítol 1, es proporciona una introducció general sobre les zeolites, la seva síntesi, propietats i aplicacions, juntament amb una introducció referent a fenòmens d'adsorció i separacions industrials d'interès en aquesta tesi. En el capítol 2 es presenten els objectius d'aquest treball de tesi. En el capítol 3 es presenta la síntesi dels adsorbents utilitzats, juntament amb els equips de caracterització i adsorció i els procediments d'anàlisi de dades d'adsorció. En el capítol 4, s'estudia l'adsorció de gasos lleugers a Si-RWR amb especial atenció a la separació d'isòtops d'hidrogen i la purificació de l'hidrogen present en el corrent de sortida d'un procés de reformat de metà amb vapor. En el capítol 5 estudio les propietats d'adsorció de \ce{CO2} en aluminofosfats, silicoaluminofosfats i zeolites d'estructures LTA, CHA i AFI i, més concretament, les seus calors d'adsorció isostèriques. En el capítol 6, estudio l'efecte de la mida i la topologia de porus sobre la separació de \ce{CO2} de \ce{CH4} mitjançant isotermes de components purs i experiments de ruptura de la mescla. En el capítol 7, s'estudien les propietats d'adsorció d'hidrocarburs de les fraccions C5-C7 en Si-STW amb especial atenció a la separació d'hidrocarburs lineals i monorramificats de dirramificats. S'estableix una comparació amb Si-MFI. En el capítol 8 s'estudia una sèrie de zeolites purament silícies per a la separació d'una mescla de vapors de 1-butanol, acetona, etanol i aigua provinent d'un procés de fermentació. S'han realitzat experiments d'adsorció dels compostos purs, així com de mescles d'ells mitjançant corbes de ruptura. Es para atenció a la recuperació de 1-butanol durant el procés d'adsorció, estudiant-se la recuperació del producte desitjat enfront de la puresa d'aquest. / [EN] In this thesis, the properties of different zeolitic adsorbents and their use in separations of fluid mixtures of industrial interest have been studied. The selection of the materials has been carried out putting a special emphasis on low polarity small pore zeolitic adsorbents, more specifically, pure silica zeolites, aluminophosphates and silicoaluminophosphates. The separations that have been considered are related mostly to energy production, natural and biogas upgrading, purification of hydrogen, gasoline octane number improvement and purification of biobutanol. The adsorption properties of the zeolitic materials have been studied by single component adsorption isotherm measurements, single component adsorption kinetics measurements and multicomponent dynamic adsorption experiments, i.e. breakthrough experiments. The adsorption isotherms were analysed in terms of their shape, the maximum adsorption capacity and used to calculate isosteric heats of adsorption, ideal thermodynamic selectivities and ideal working capacities in hypothetical swing adsorption processes. The adsorption kinetics measurements have allowed to compare the diffusional behavior of different adsorbates in different materials and to calculate diffusional time constants, which were, in turn, used for calculating ideal kinetic selectivities/separation factors. The breakthrough experiments were used to ultimately see how materials perform at conditions close to the industrial case and to calculate for each material mixture selectivities and relevant swing adsorption process operation parameters, i.e. productivity, recovery and purity. The physical properties of the studied materials, such as structure, crystalline order, atom connectivity, particle size and shape and textural properties have been critically evaluated and used to explain the results obtained in the adsorption studies. In chapter 1, a general introduction on zeolites, their synthesis, properties and applications is provided, together with an introduction on adsorption phenomena and on the industrial separations of interest to this thesis. In chapter 2 the objectives of this thesis work are presented. In chapter 3 the synthesis of the adsorbents used is presented, together with the characterization and adsorption equipment and the adsorption data analysis procedures. In chapter 4, the adsorption of light gases on pure silica RWR zeolite is studied with special focus on the separation of hydrogen isotopes and the purification of hydrogen from steam methane reformery off-gas. In chapter 5 I study the adsorption properties of CO2 on aluminophosphates, silicoaluminophosphates and zeolites of LTA, CHA and AFI structures, and more specifically their isosteric heats of adsorption. In chapter 6, I study the effect of pore size and pore topology on the separation of CO2 from CH4 by means of pure component isotherms and breakthrough experiments of the mixture. In chapter 7, the adsorption properties of C5-C7 hydrocarbons on pure silica STW zeolite are studied with special focus on the separation of dibranched from monobranched and linear hydrocarbons. A comparison with pure silica MFI zeolite (silicalite-1) is established. In chapter 8 a set of pure silica zeolites is studied as adsorbents for the vapor phase separation of 1-butanol from acetone, ethanol and water, typical components of the ABE fermentation broth. Pure component isotherms were measured and breakthrough experiments were carried out using multicomponent mixtures. Special focus is put on the recovery of 1-butanol from the desorption curve, and the dependence of purity with recovery is studied. / I would like to thank the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (MCIU) for my grant FPU15/01602, which has allowed me to carry out this thesis. I thank again the MCIU for paying my short stay in Brussels and for the funding provided through many different projects (RTI2018-101784-B-I00, Program Severo Ochoa SEV-2016-0683; and previous ones), which covered the costs of my research activities and allowed for my assistance to numerous international conferences which completed my training as a scientist. I thank the Instituto de Tecnología Química, the Universitat Politècnica de València (UPV) and the Consejo Superior de Investigaciones Científicas for providing the infrastructure needed for carrying out successful research. / Pérez Botella, E. (2021). Porous Solids for Adsorption and Separation of Gas and Vapor Mixtures [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/178978

En la producción química moderna, los procesos de destilación son frecuentemente utilizados como método de separación de líquidos. Modelar una columna de destilación nos permite predecir el comportamiento del sistema. El modelado de sistemas es una importante, y sin embargo a veces descuidada, disciplina de la ingeniería de control. Esta tesis de maestría se centra en el modelado de la columna de destilación a escala de laboratorio situada en el Instituto de automatización de la Universidad Técnica de Ilmenau. Esta columna, utilizada principalmente para la enseñanza y la investigación, separa el etanol y el agua en diez etapas. El modelo teórico del sistema se realiza utilizando el modelo de primeros principios (FPM), principalmente las ecuaciones MESH para representar las ecuaciones altamente no lineales, que incluyen el equilibrio de masa, las relaciones de fase de equilibrio, las ecuaciones de sumatoria y el equilibrio de energía para cada etapa. Para ilustrar cómo se comporta el modelo de la columna de destilación, este trabajo presenta simulaciones de las concentraciones por etapa y de la temperatura a lo largo de la columna. Así mismo, los resultados se comparan con el modelo de McCabe-Thiele y con temperaturas experimentales lo cual muestra buenos resultados. En el caso de la comparación con McCabe-Thiele, ambas fracciones molares líquidas x1McT = 0:035 mol=mol y x1Sim = 0:048 mol=mol son más pequeñas que la requerida xB = 0:1, el error es dado porque las concentraciones en las etapas iniciales son más influenciadas por las suposiciones de la alimentación y las condiciones iniciales de la columna. Sin embargo, para el tope de la columna las fracciones molares finales son x10McT = 0:885 mol=mol y x10Sim = 0:890 mol=mol, valores mucho más cercanos al requerido xD = 0:9. Para las fracciones molares de vapor, y1McT = 0:334 mol=mol y y1Sim = 0:384 mol=mol se diferencian en 14% dado que no tienen un punto de inicio compartido. Sin embargo, más importante, para el tope de la columna las fracciones molares finales son y10McT = 0:901 mol=mol y y10Sim = 0:9060 mol=mol, y el promedio del error en la totalidad de la columna es de _error = 0:0028 para los datos disponibles. En el caso de la comparación contra la temperatura experimental, los errores más grandes se encontraron en las etapas del medio, como era esperado, debido a que la temperatura de la alimentación (etapa 5) afecta esa etapa y las cercanas a esta. Sin embargo, esto no afectará los resultados generales de la simulación dado que las temperaturas finales para el fondo de la columna son Tf1Mod = 85:6°C y Tf1Exp = 85:8°C. Y para el tope de la columna, Tf10Mod = 78:5°C y Tf10Exp = 78:7°C, ambos más altos que el punto de ebullición del ethanol y más bajos que el punto de ebullición del agua. Para mejorar las simulaciones, habría que hacer más experimentos en la planta utilizando un cromatógrafo de gases y sensores de temperatura y presión. / In modern chemical production, distillation processes are often used for liquid separation. Modeling a distillation column allows us to predict the system's behavior. System modeling is an important, and yet sometimes neglected, discipline of control engineering. This master's thesis is focused on modeling the laboratory-scale distillation column located in the Institute of Automation and Systems Engineering at the Technical University of Ilmenau. This column, mainly used for teaching and research, separates ethanol and water in ten stages. The theoretical model of the system is found using a rst principle model (FPM), mainly the MESH equations to present the highly nonlinear equations, that include the mass balance, the equilibrium phase relationships, the summation equations, and the energy balance for each stage, resulting in the di erential equations of the system dynamics. To illustrate how the model of the distillation column behaves, this work presents the simulations of the concentrations per stage and of the temperature along the column. As well, the results are compared with the McCabe-Thiele model of the system and with experimental temperatures which show good results. In the case of the comparison with McCabe-Thiele, both initial liquid mole fractions x1McT = 0:035 mol=mol and x1Sim = 0:048 mol=mol are smaller than the required xB = 0:1, the present error is because the concentrations in the initial stages is mostly in uenced by the assumptions of the feed concentration and initial conditions of the column. However, for the top of the column the nal mole fractions are x10McT = 0:885 mol=mol and x10Sim = 0:890 mol=mol, values that are much closer to the required value of xD = 0:9. For the vapor mole fractions, y1McT = 0:334 mol=mol and y1Sim = 0:384 mol=mol di er in 14% since there is no shared starting point. However, more importantly, for the top of the column the nal mole fractions are y10McT = 0:901 mol=mol and y10Sim = 0:9060 mol=mol, and the mean of the error along the column is error = 0:0028 for the available data. In the case of the temperature comparison of the model against experimental available data, the bigger errors in the temperature were given in the middle stages, as expected, since the temperature of the feed (in stage 5) a ects that stage and the ones above and below it. However, this will not a ect the overall simulation results since the nal temperatures for the bottom tray are Tf1Mod = 85:6°C and Tf1Exp = 85:8°C. And for the top tray, Tf10Mod = 78:5°C and Tf10Exp = 78:7°C, both higher than the ethanol boiling point and lower than the water boiling point. In order to improve the simulations, more experiments should be made in the plant using a gas chromatograph and temperature and pressure sensors. / In der modernen chemischen Produktion werden Destillationsprozesse h au g als Methode zur Fl ussigkeitstrennung eingesetzt. Die Modellierung einer Destillationskolonne erm oglicht die Vorhersage des Systemverhaltens. Systemmodellierung ist eine wichtige, aber manchmal vernachl assigte Disziplin der Regelungstechnik. Diese Masterarbeit besch aftigt sich mit der Modellierung der Destillationskolonne im Laborma stab, die sich im Institut Automatisierungs- und Systemtechnik der Technischen Universit at Ilmenau be ndet. Diese Kolonne, die meistens zu Lehr- und Forschungszwecken eingesetzt wird, trennt Ethanol und Wasser in zehn Stufen. Das theoretische Modell des Systems wird unter Verwendung des ab-initio-Modellen (FPM) erstellt, haupts achlich der MESHGleichungen zur Darstellung der hochgradig nichtlinearen Gleichungen, die die Massenbilanz, die Gleichgewichtsphasenbeziehungen, die Summationsgleichungen und die Energiebilanz f ur jede Stufe umfassen. Um zu veranschaulichen, wie sich das Modell der Destillationskolonne verh alt, werden in dieser Masterarbeit Simulationen der Konzentrationen pro Stufe und der Temperatur entlang der Kolonne vorgestellt. Au erdem werden die Ergebnisse mit dem McCabe-Thiele-Modell des Systems und mit experimentellen Temperaturen verglichen, die gute Ergebnisse zeigen. Beim Vergleich mit McCabe-Thiele sind beide anf anglichen Fl ussigkeitsmolanteile x1McT = 0:035 mol=mol und x1Sim = 0:048 mol=mol kleiner als die geforderte xB = 0:1, der vorliegende Fehler ist darauf zur uckzuf uhren, dass die Konzentrationen in den Anfangsstufen haupts achlich von den Annahmen der Zulaufkonzentration und den Anfangsbedingungen der Kolonne beein usst werden. F ur den Kopf der Kolonne betragen die endg ultigen Molfraktionen jedoch x10McT = 0; 885 mol=mol und x10Sim = 0; 890 mol=mol, Werte, die viel n aher am erforderlichen Wert von xD = 0; 9 liegen. F ur die Dampfmolanteile y1McT = 0:334 mol=mol und y1Sim = 0:384 mol=mol unterscheiden sich um 14%, da es keinen gemeinsamen Startpunkt gibt. Wichtiger ist jedoch, dass f ur den oberen Teil der S aule die endg ultigen Molenbr uche y10McT = 0:901 mol=mol und y10Sim = 0:9060 mol=mol sind und der Mittelwert des Fehlers entlang der S aule error = 0:0028 f ur die verf ugbaren Daten ist. Beim Temperaturvergleich des Modells mit den verf ugbaren experimentellen Daten wurden die gr o eren Fehler bei der Temperatur in den mittleren Stufen angegeben, wie erwartet, da die Temperatur des Vorschubs (in Stufe 5) diese Stufe und die dar uber und darunter liegenden beein usst. Dies hat jedoch keinen Ein uss auf die Gesamtsimulationsergebnisse, da die Endtemperaturen f ur die untere Schale Tf1Mod = 85:6°C und Tf1Exp = 85:8°C sind. Und f ur die obere Schale sind Tf10Mod = 78; 5°C und Tf10Exp = 78; 7°C, beide h oher als der Ethanol-Siedepunkt und niedriger als der Wasser- Siedepunkt. Um die Simulationen zu verbessern, sollten weitere Versuche in der Anlage mit einem Gaschromatographen und Temperatur- und Drucksensoren durchgef uhrt werden.

El elevado costo de los combustibles líquidos en la actualidad y la alta contaminación producto de su combustión, hace necesario buscar nuevas alternativas energéticas. En consecuencia, el gas natural se presenta como la mejor alternativa para reducir costos energéticos con bajo impacto ambiental. Estos fundamentos son los que conllevan a la búsqueda de alternativas de solución al suministro energético diferenciado tal como el Gas Natural Comprimido (GNC). En el presente documento se realiza el estudio Másico, Energético, Exergético y de Costos (EXCEM por sus siglas en Ingles) de una Unidad de Compresión de Gas Natural (UCGN), componente principal de una Estación de Carga de GNC) con el Objetivo de determinar los costos de producción del GNC y su variación respecto de variables operativas del equipo. Para esto se eatableció la siguiente hipotesis: “El incremento de la Eficiencia Exergética de la Unidad de Compresión de Gas Natural de una Estación de Carga de GNC reduce del costo de producción de GNC.” Basados en esto se plantea como objetivo principal determinar la relación existente entre la Eficiencia Exergética de la UCGN en una Estación de carga de GNC y el costo de producción de GNC. Para llegar al objetivo principal se plantean como objetivos secundarios identificar los subsistemas energéticos de la UCGN, así como sus Flujos de Energía mediante una metodología de evaluación aplicable a sistemas energéticos (EXCEM) para que a través del establecimiento de las Bases Teóricas que gobiernan el funcionamiento de la UCGN se puedan determinar sus principales parámetros de funcionamiento y cuantificar los procesos de conversión de Energía y como estos influyen en los costos asociados a la producción de GNC. Los resultados de este estudio se basan en tres puntos de operación los cuales permiten determinar un análisis de sensibilidad del Costo Exergético de GNC y la Eficiencia Exergética de la UCGN en donde se demuestra que la hipótesis planteada en esta tesis es correcta. Finalmente, como conclusión principal se establece que la reducción del Costo de producción de GNC para un ciclo de trabajo es proporcional al incremento de la eficiencia exergética del sistema.

Los sistemas de destilación, desde hace muchas décadas, vienen siendo ampliamente usados en la industria de procesos químicos, especialmente en refinerías y procesos de acondicionamiento y tratamiento de gas natural. Los objetivos típicos en estos sistemas están asociados al cumplimiento de especificaciones sobre la calidad de los productos, y para lo cual usualmente se cuenta con analizadores online para monitoreo de estas especificaciones como es el caso de cromatógrafos, así como análisis en laboratorio mediante técnicas específicas. / Tesis

La industria del gas natural peruano ha sido relevante en el crecimiento económico del país de los últimos diez años debido a que provee de energía económica, ecológicamente amigable y segura a diversas industrias del país. Esta investigación tiene como objetivo el establecer las estrategias que permitan a la industria del gas natural peruano un crecimiento sostenido y socialmente responsable para los próximos diez años. Para concretar ese objetivo se realizó un análisis del entorno externo e interno con el fin de identificar los factores de éxito de la industria, sus amenazas y oportunidades, sus fortalezas y debilidades y plantear estrategias y objetivos. Se destacan como oportunidades el crecimiento sostenido del país y la necesidad mundial de sustituir el petróleo por alternativas más económicas y eco-amigables. Sin embargo, los altos índices de corrupción del país así como los conflictos sociales plantean retos impostergables al Estado, la industria y la sociedad para minimizar esas amenazas. Asimismo el análisis reveló que la industria tiene capacidad de exportación y reservas probadas para los próximos veinte años, sin embargo, los precios internacionales del gas han bajado y el consumo interno residencial y vehicular aún es uno de los más bajos de la región, por lo que existe el reto de la industria y del Estado en fomentar el crecimiento del mercado interno y en el uso responsable del recurso gas natural. En base al análisis anterior se plantearon siete objetivos de largo plazo y nueve estrategias que buscan incrementar y fortalecer la demanda interna y externa, incentivar la inversión en la industria y promover las buenas practicas de gobierno corporativo y de responsabilidad social. Finalmente se plantean los objetivos de corto plazo, las políticas y los indicadores de gestión que permiten evaluar y controlar la implementación de las estrategias y realizar los ajustes necesarios de ser convenientes / Peruvian natural gas industry has been relevant in the country's economic growth over the last ten years because of inexpensive, environmentally friendly and safety energy supplies for various industries. This research aims to establish strategies for the peruvian natural gas industry in order to obtain sustained economic growth and socially responsible polities for the next twenty years. To realize this objective, an analysis of the external and internal environment to identify the success factors of the industry, its threats and opportunities, strengths and weaknesses and propose strategies and objectives has been made. Opportunities are highlighted as sustained growth of the country and the worldwide need to replace oil with cheaper and eco-friendly alternatives. However, high levels of corruption in the country and social conflicts reveals an urgent challenge to the State, industry and society in order to minimize these threads. Furthermore, the analysis revealed that the industry has excellent export capabilities and proven gas reserves for the next twenty years. However, international gas prices are going down and residential and vehicular consumption are still one of the lowest in the Latin American, therefore there is a challenge of the industry and the State in order to promote growing of the domestic market and in the responsible use of natural gas resource. Based on the above analysis there was raised seven long-term goals and nine strategies that aim to increase and strengthen internal and external demand, encourage investment in the industry and promote best practices of corporate governance and social responsibility. Finally there was raised short-term objectives, policies and performance indicators to assess and monitor the implementation of the strategies and make adjustments if appropriate