Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia

Evaluation of effect of 25 °API crude oil on produced water corrosiveness with sulphate reducing bacteria and CO₂

Under certain conditions, hydrocarbons may alter the internal corrosion conditions of oil and gas pipelines. In this paper, the effects of a crude oil have been analyzed using the ASTM G205 Standard Guide. The emulsion inversion point (EIP), the wettability of the steel surface and the effect of crude oil on the general and localized corrosion of carbon steel in synthetic produced water with sulfate-reducing bacteria (SRB) and carbon dioxide (CO2) was investigated. The EIP was determined measuring the resistance of the emulsion water/crude oil, and the Wettability was determined measuring the resistance by the spreading method. Corrosiveness experiments of aqueous phase were carried out in a Rotating Cage Apparatus. During the experiments the pH, planktonic bacterial count, and concentrations of sulphide, sulphate, iron, calcium and magnesium ions in the solution were measured. After the experiment, sessile bacterial count and mass loss of carbon steel was determined; corrosion products on the metal surface were identified using X-ray diffraction, and corrosion morphology was determined using a scanning electron microscope, optical microscope and laser profilometer. The experimental results show that the crude oil evaluated has a 50% EIP, a Mixed-Wet Wettability and is an Inhibitive Hydrocarbon because reduced de corrosion rate in 30%.

Bajo ciertas condiciones, los hidrocarburos pueden alterar las condiciones de corrosión interna de los oleoductos y gasoductos. En este trabajo, se analizó el efecto de un crudo por la norma ASTM G205. Se analizó el punto de inversión de la emulsión, la humectabilidad de la superficie del acero y el efecto del crudo en la corrosión general y localizada de acero al carbono en agua de producción sintética con bacterias reductoras de sulfato (BSR) y dióxido de carbono (CO2). El punto de inversión se determinó midiendo la resistencia de la emulsión agua/crudo, y la humectabilidad se determinó midiendo la resistencia por el método de dispersión. Las pruebas de corrosividad de la fase acuosa se realizaron en una caja rotatoria. Durante las pruebas se midió el pH, se contabilizaron las BSR planctónicas, y las concentraciones de iones de sulfuro, sulfato, hierro, calcio y magnesio en la solución. Después de los experimentos, se contabilizaron las BSR sésiles y la pérdida de masa en los cupones de acero al carbono; se identificaron los productos de corrosión mediante microscopia electrónica de barrido y difracción de rayos X, y se determinó la morfología de corrosión usando un microscopio óptico, un microscopio electrónico de barrido y un perfilómetro láser. Los resultados experimentales muestran que el petróleo evaluado tiene un punto de inversión de 50%, una humectabilidad mixta y es un crudo inhibidor, porque reduce la velocidad de corrosión en un 30%.

Deterioration of concrete structures due to carbonation in tropical marine environment and accelerated carbonation chamber

This study is focused to analyze deterioration of simple and reinforced concrete samples elaborated using two water/cement ratio compositions, exposed to tropical marine environment and accelerated carbonation chamber. Carbonation front determination and electrochemical measurements were carried out to monitor the effect of exposure conditions on concrete deterioration. A clear influence of relative humidity is observed over the neutralization reaction of the concrete paste. The carbonation front rate is affected by water/cement ratio. Measurements of corrosion electrochemical potential, corrosion rate and concrete resistivity, show a determinant influence of relative humidity on the concrete-steel interface condition, despite carbonation have reached or not the steel rebar.

El proceso de deterioro en vigas de concreto simple y reforzado fabricadas con dos relaciones agua/cemento expuestas en medio marino tropical y cámara de carbonatación acelerada es analizado mediante el seguimiento del avance del frente de carbonatación y ensayos electroquímicos. La reacción de neutralización de la pasta de concreto es fuertemente dependiente de la humedad relativa, observándose una clara diferencia en función de la relación agua/cemento y el efecto de secado originado por la acción del viento predominante en el sitio de exposición. Las mediciones de potencial de corrosión, velocidad de corrosión y resistividad del concreto muestran la influencia determinante de la humedad relativa sobre las condiciones de la interfase acero-concreto, tanto en las probetas sin carbonatar, como en las que el frente de carbonatación de la pasta alcanzó al refuerzo de acero.

Reliability-based optimal next inspection time of prestressed concrete bridges including the effect of corrosion deterioration

As the traffic demands grow constantly, and some vehicle bridges deteriorate due to corrosion, bridge agencies require non expensive procedures to support decisions on cost-effective maintenance schedules. In this paper a reliability-based formulation is proposed for the prediction of the next inspection time including the corrosion deterioration and the epistemic uncertainty on the corrosion initiation time. For the identification of the bridge integrity state, where little or no follow up has been previously made, the prediction contains a great deal of epistemic uncertainty. The impact of this uncertainty on the bridge failure probability is appraised. The bridge reliability is calculated by comparing the bridge maximum moment with the bridge capacity which depends on the corrosion on the bridge beams. The bridge failure probability is compared with the acceptable failure probability which is used as the safety threshold and it is calculated from the minimization of the annual expected life-cycle cost. Finally, epistemic uncertainty is introduced in the corrosion initiation time and the optimal next inspection time is obtained.

A medida que las demandas de tráfico crecen constantemente, y que algunos puentes vehiculares se deterioran debido a la corrosión, las agencias de puentes requieren de procedimientos no tan caros para respaldar decisiones sobre programas de mantenimiento costo-efectivos. En este artículo se propone una formulación basada en confiabilidad para la predicción del próximo tiempo de inspección incluyendo el deterioro por corrosión y la incertidumbre epistémica en el tiempo de inicio de la corrosión. Para la identificación del estado de integridad del puente, en donde se ha dado poco o ningún seguimiento, la predicción lleva una gran cantidad de incertidumbre epistémica. Se evalúa el impacto de esta incertidumbre en la probabilidad de falla del puente. La confiabilidad del puente se calcula comparando el momento máximo en el puente con su capacidad, el cual depende de la corrosión en las vigas del mismo. La probabilidad de falla del puente se compara con su valor aceptable, que se usa como umbral de seguridad y que se calcula de la minimización del costo total esperado en el ciclo de vida. Finalmente, la incertidumbre epistémica se introduce en el tiempo de inicio de la corrosión y se obtiene el próximo tiempo de inspección.

Erosion corrosion of alumina thin films deposited on AISI 4140 and obtained by varying potential bias

This paper presents the results variation of potential bias (0, -40, -60 and -100 V dc) of Al2O3 deposited on AISI 4140 steel substrates by magnetron sputtering method using a target DC reactive aluminum (99.9%) in an atmosphere composed of Ar/O2 to a substrate constant temperature of 300°C. The coatings were evaluated compared to corrosion, erosion and erosion-corrosion an impact angle of 90° and a solution of 0.5 M NaCl and silica, analyzing the effect of potential bias (0, -40, -60 and -100 V dc) Al2O3 coatings. The electrochemical characterization was performed using the technique of electrochemical impedance spectroscopy (EIS), optical microscopy (OM) was used to determine the morphology after the electrochemical evaluation. Nyquist diagrams for dynamic corrosion and erosion corrosion show a capacitive behavior with a high impedance module and two time constants. By decreasing the potential bias was generated an increased resistance to polarization, both for mechanisms dynamic corrosion and corrosion erosion.

En este artículo, se presentan los resultados experimentales de la variación del potencial bias (0, -40, -60 y -100 V d.c.) del Al2O3, depositado sobre sustratos de acero AISI 4140 por el método de magnetrón sputtering reactivo DC, empleando un blanco de aluminio (99,9%) en una atmósfera compuesta de Ar/O2 a una temperatura constante de 300°C en el substrato. Los recubrimientos fueron evaluados frente a fenómenos de corrosión, erosión y corrosión-erosión a un ángulo de impacto de 90°, y una solución compuesta por NaCl 0,5My sílice, analizando el efecto del potencial bias (0, -40, -60 y -100 V d.c.) de los recubrimientos Al2O3. La caracterización electroquímica se realizó mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Mediante microscopia óptica (MO) se determinó la morfología después de la evaluación electroquímica. Los diagramas de Nyquist para corrosión dinámica y corrosión erosión muestran un comportamiento capacitivo con un módulo de impedancia elevado y dos constantes de tiempo. Con respecto al potencial bias se observa que al disminuir el potencial bias se generó aumento de la resistencia a la polarización, en los mecanismos de corrosión dinámica y corrosión erosión.

Linking numerical simulations with test experiences and its application to a railroad bridge

This paper introduces the benefits of linking Finite Elements Analysis and laboratory testing experiences in structural analysis. One particular case is studied: the static analysis of a railroad bridge metallic structure. A procedure for calibrating the analysis model is introduced, using mesh sensibility analysis and strain gage measurements, achieving considerable improvements in the application of both approaches.

Este trabajo introduce la motivación por los beneficios del enlace del Análisis por Elementos Finitos con los Ensayos en estructuras. En él aparece una aplicación típica en el campo del análisis estático de estructuras, específicamente a un puente de ferrocarril metálico. Se presenta un procedimiento para la calibración del modelo tanto a través del análisis de sensibilidad de la malla como a partir de mediciones extensométricas. De forma tal que mejore la correspondencia entre ambos procedimientos.

Comparative assessment of Lemna obscura growth with organic and inorganic nitrogen sources as a function of pH

Discharges of untreated wastewater to water bodies, make them suitable culture media for the overgrowth of floating aquatic plants causing environmental and health problems. Growth of Lemna obscura from the Lake of Maracaibo, Venezuela, in function of the nitrogen sources (NH4Cl, NaNO3, CO(NH2) and NH4NO3) at 1 mM and pH (3.5, 4, 5, 6, 7 and 9) was evaluated. Also, the effect of urea (0.1, 1, 5 y 10 mM) at pH 5 was assessed. L. obscura grew between pH of 4-9 in all nitrogen sources. However, at pH 3,5 there was a lethal effect during the first 15 days. The highest growth was achieved at pH 5, and the highest values with urea (1839,67±75,45 fronds). In presence of urea as the best nitrogen source, maximum growth was achieved (2923,00±130,8 fronds) at 1 mM. The effective growth of L. obscura with all nitrogen sources and in a wide range of pH demonstrated the high reproductive capacity and adaptability of this macrophyte, distinguishing their ability to become an aquatic weed in eutrophic water bodies.

Las descargas de aguas residuales sin tratamiento a los cuerpos de agua, los convierten en medios de cultivo apropiado para el crecimiento excesivo de plantas acuáticas flotantes ocasionando problemas ambientales y de salud. El crecimiento de Lemna obscura del lago de Maracaibo, Venezuela, se evaluó en función de las fuentes nitrogenadas (NH4Cl, NaNO3, CO(NH2)2 y NH4NO3) a 1mM, cada una a pH (3,5; 4; 5; 6; 7 y 9). Así mismo, se evaluó el efecto de la urea a las concentraciones de 0,1; 1; 5 y 10mMapH5. L. obscura creció a pH entre 4-9 en todas las fuentes nitrogenadas. Sin embargo, a pH 3,5 se produjo un efecto letal durante los 15 primeros días. El mejor crecimiento de la planta se alcanzó a pH 5, reportándose el máximo valor con urea (1839,67±75,45 frondes). En presencia de urea como la mejor fuente nitrogenada, se obtuvo el máximo crecimiento (2923,00±130,8 frondes) a 1mM. El efectivo crecimiento de L. obscura con todas las fuentes nitrogenadas y en una amplia escala de pH demostró la alta capacidad de reproducción y adaptabilidad de esta macrófita, distinguiendo su capacidad de convertirse en una maleza acuática en cuerpos de agua eutrofizados.

Physically modeling of an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB)

Hydraulic studies Wastewater Treatment Plants Works on field are complex and expensive. An alternative to have done these studies is by building a up a calibrated physical model to simulate the conditions of similarity to the prototype. The aim of this study was a physical modeling to simulate flow at UASB pattern and to observe whether or not agreement are found prototype with it. The methodology involved in the design, calculation of relative length relations and construction, using a reduced scale of 1:8 between the prototype and physical model (PM). The reactor was fed with municipal wastewater flooding from collector C of the city of Maracaibo, Venezuela. Tracer study with Li+ (LiCl) was used either prototype reactor (UASB) located in Ginebra, Colombia. Geometric similarities were achieved with a ratio of relative length (Lr) of 0.1239 and similarity kinematics for a speed and acceleration, dynamic was found by using the Peclet number. Match distribution of residence time (DTR) to a theoretical hydraulic retention time (t0) for 5 h was found with a coefficient of determination adjusted (R²a) to 0.928. Hydraulic efficiencies (β) obtained were ranged from 0.798 to 0.988 in the MF and from 0.902 to 0.943 in the prototype, exceeding that obtained instabilization ponds (0.17 to 67%).

Realizar estudios hidráulicos en plantas de tratamiento a escala real, resulta complejo y costoso. Una alternativa para crearlo, es mediante la construcción de un modelo físico calibrado que representa las condiciones semejantes al prototipo. El objetivo de este estudio fue la modelación física de un RAFA para simular su patrón de flujo. La metodología consistió en el diseño, cálculo de las relaciones de longitud relativa y construcción, empleando una escala de reducción de 1:8 entre el prototipo y el modelo físico (MF). El reactor fue alimentado con agua residual municipal del colector C de la ciudad de Maracaibo, Venezuela. Se utilizó Li+ (LiCl) como trazador usando como prototipo el reactor anaerobio de flujo ascendente (RAFA) ubicado en Ginebra, Colombia. El MF se logró con una relación de longitud relativa (Lr) de 0,1239 para la similitud física al igual que la similitud cinemática para la velocidad y aceleración; usando el número de Peclet se logró una similitud dinámica con Lr = 0,1290 obteniendo una superposición de la distribución de los tiempos de residencia (DTR) a un tiempo de retención hidráulico teórico (t o) de 5 h con un coeficiente de determinación ajustado (R²a) de 0,928. Las eficiencias hidráulicas (β) obtenidas variaron desde 0,798 a 0,988 en el MF y 0,902 a 0,943 en el prototipo, superando a la obtenida en lagunas de estabilización (0,17 a 67%).

Estimation of the seismic response of the site using microtremor measurements in the Pan de Azúcar area, Ejido, Mérida

The lessons learned from destructive earthquakes in the recent past show that the dynamic response or site effects play a decisive role in the evaluation, quantification and distribution of the damage in a seismic disaster area. Measurements of microtremor or environmental vibration from its appearance have been an important tool for the estimation of the dynamic behavior of the site. These have become one of the most common, versatile, inexpensive and efficient methods in the modern Earthquake Engineering. Its use and application in this field has spread around the whole world, being validated and accepted as a viable technical tool for estimating the likely effects of site, particularly useful in areas with low seismicity or seismic activity. In this paper, we estimate the site effects in an area populated by a number of stations seismometer, strategically located in the Pan de Azúcar area, trying to cover possible critical points and discontinuities of the terrain susceptible to unequal dynamic behavior. The measurements were done with measuring devices of digital signals, high range and resolution. The technique of Nakamura, based on the transfer function of the recorded signal, was applied to determine the dynamic parameters of soil, frequency and dominant periods of vibration and likely soil amplification range, at each station.

Las lecciones aprendidas de sismos destructores en el pasado reciente muestran que la respuesta dinámica o efectos de sitio desempeñan un rol determinante en la evaluación, cuantificación y distribución de los daños ocurridos en una zona de desastre sísmico. Las mediciones de microtemblores o vibraciones ambientales desde su aparición han sido una herramienta importante para la estimación del comportamiento dinámico del sitio, constituyéndose en uno de los métodos más usuales, versátiles, económicas y eficientes en la Ingeniería Sísmica moderna. Su uso y aplicación en este campo se ha extendido mundialmente, siendo validada y aceptada como una herramienta viable para la estimación de los probables efectos de sitio, particularmente útil en aquellas zonas con muy baja sismicidad o actividad sísmica. En este trabajo se estiman los efectos de sitio, mediante una serie de estaciones sismométricas estratégicamente ubicadas, en el sector Pan de Azúcar, tratando de cubrir posibles puntos críticos o discontinuidades del terreno susceptibles de presentar comportamiento dinámico desigual. Las mediciones se efectuaron con equipos de medición de señales digitales de alto rango y resolución. Se aplica la técnica de Nakamura, basada en la función de transferencia de la señal registrada, para determinar los parámetros dinámicos del suelo, frecuencias y períodos dominantes de vibración y rango de amplificación probable del suelo, en cada estación.

On-line analysis of fault events in power transmission systems using SOE, fuzzy logic and expert systems

The aim of this paper is to present an integrated model to perform an on-line faults analysis in power transmission systems and more specifically in high voltage transmission lines using SOE records from SCADA. In order to do that, the proposed solution divides the problem in two parts. The first one is the faults detection from SOE and the selection of the corresponding useful information; the second one is the analysis itself that gives as result the event sequence and equipments operations such as protective relays. For these two parts two corresponding modules were designed. The first one uses a fuzzy inference system that monitors SOE in sliding windows to determine the possible occurrence of events. The second one uses a rule based expert system to infer what happened during those events. Both modules were implemented on a software application and successfully validated with real SOE records collected within the Colombian transmission system, specifically from Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P.-ISA company.

El objetivo de este artículo es presentar un modelo integrado para realizar el análisis en línea de fallas en sistemas de transmisión de energía y más específicamente en líneas de alto voltaje usando registros de SOE desde SCADA. Para lograr esto la solución propuesta divide el problema en dos partes. La primera consiste en la detección de fallas desde el SOE y la selección de la correspondiente información útil; la segunda consiste en el análisis como tal, el cual da como resultado la secuencia del evento y la operación de los equipos tales como los relés de protección. Para estas dos partes, se diseñaron dos módulos correspondientes, el primero usa un sistema de inferencia difusa que monitorea el SOE en ventanas deslizantes para determinar la posible ocurrencia de eventos mientras que el segundo usa un sistema experto basado en reglas para inferir que ocurre durante esos eventos. Ambos módulos fueron implementados en una aplicación de software y fueron validados exitosamente con registros de SOE reales recolectados del sistema de transmisión Colombiano, específicamente de la empresa Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P.-ISA.

Ergonomic improvements: Good effects for the organization

Ergonomic applications have proved to be an approach that improves both health and productivity indicators in organizations. One of the problems that has hindered ergonomic applications is that, although these proposals are justified scientifically and technically, they do not show managers the potential benefits that could be obtained with their implementation. In this research, various ergonomic improvements were proposed to reduce exposure to risk factors of work-related musculoskeletal disorders in a production line where foodstuffs are placed on trays. They were classified as the physical redesign of workstations and organizational measures and were simulated for measuring their effects on the productivity of the production line. The results of this study show the usefulness of simulation for predicting and analyzing the effects of ergonomic improvements -and also the benefits that can be obtained with an integral approach to problem solving- in the industry.

La aplicación de la Ergonomía en la empresa ha demostrado ser un enfoque que no solo mejora indicadores de salud y bienestar de los trabajadores, sino también indicadores económicos y productivos. Una de las razones fundamentales por lo que no se introducen mejoras ergonómicas en puestos de trabajo, es porque las propuestas aunque justificadas científica y técnicamente, no muestran a los directivos los beneficios que traería su introducción en la empresa. En esta investigación se realizaron varias propuestas de mejoras ergonómicas de rediseños físicos y organizativas en un línea de producción donde se montan platos con productos alimenticios, con el propósito de disminuir la exposición a factores de riesgo relacionados con los desórdenes músculo-esqueléticos de origen laboral, cuantificando el impacto que tendrían al modelarlas y simularlas. Los resultados obtenidos, revelan la utilidad de la simulación para la predicción y el análisis del impacto de propuestas de mejoras ergonómicas y las ventajas que se obtienen al emplear técnicas variadas para solucionar problemas en la industria.