Revista de la Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

Gradiente de presión de flujo de gas y líquido en tuberías horizontales considerando El Efecto de las Propiedades de Mezcla

En este trabajo se evalúa el efecto de la densidad y de la viscosidad dinámica de la mezcla en la determinación del gradiente de presión longitudinal de flujo bifásico de gas y de líquido en tuberías horizontales considerando un fluido pseudo homogéneo. Se evalúan 18 ecuaciones de viscosidad de mezcla y 4 ecuaciones de densidad de mezcla presentadas en la literatura especializada. La combinación de estas ecuaciones de propiedades de mezcla generan 72 modelos, cuya única diferencia es la forma de calcular las propiedades de mezcla. La evaluación del desempeño de los diferentes modelos para determinar el gradiente de presión, se realiza comparando los resultados obtenido por cada modelo con 93 datos experimentales que incluyen los patrones de flujo intermitente, anular, burbuja dispersa y estratificado ondulado. En la evaluación del desempeño frente a todos los puntos de la base de datos experimentales, la combinación que agrupa a las ecuaciones de viscosidad y densidad de mezcla presentadas por Beattie y Whalley (1982), obtiene el mejor desempeño con un error absoluto promedio de 19.3%. El peor desempeño lo presenta la combinación formada por la ecuación de viscosidad de mezcla de Hatschek (1928) y la ecuación de densidad de mezcla de Dukler et al. (1964) con un error absoluto promedio de 288.8%. Adicionalmente, se evalúa el desempeño de las 72 combinaciones clasificando los datos experimentales por patrón de flujo.

In this work the effect of the density and the dynamic viscosity of the mixture is evaluated to determine the longitudinal pressure gradient of two-phase gas-liquid flow in horizontal pipes considering a pseudo homogenous fluid. Eighteen mixture viscosity equations, and 4 mixture density equations present in the specialized literature are evaluated. The combination of these equations for mixture properties generate 72 models whose only difference is in the form of evaluating the mixture properties. The performance evaluation of the different models in order to determine the pressure gradient is carried out comparing the results obtained by each model with 93 experimental data sets that include the flow patterns: intermittent, annular, stratified wavy and dispersed bubble. In the performance evaluation, the combination that contains the equations of mixture viscosity and mixture density presented by Beattie and Whalley (1982) performs best with an average absolute error of 19.3%. The combination of the mixture viscosity equation of Herschel (1928) with the mixture density equation of Dukler et al. (1964) presents the worst performance with an average absolute error of 288.8%. Additionally, the performance of the 72 combinations is evaluated classifying the experimental data by flow pattern. Keywords: Pressure gradient, homogeneous model, two-phase flow, mixture viscosity, mixture density.

estudio numérico del comportamiento termico y fluidodinámico de microtubos de calor multiranurados

En este trabajo se presentan un modelo matemático mejorado y su solución numérica para flujo bifásico laminar permanente de líquido y de vapor en microtubos de calor de estructuras capilares multiranuradas. El modelo está constituido por las ecuaciones diferenciales de continuidad, de cantidad de movimiento y de energía para ambas fases y de cantidad de movimiento para la interfaz líquido-vapor. La solución numérica al modelo matemático se obtiene mediante el método de volúmenes finitos con el esquema corriente arriba. Los resultados reportados son las distribuciones longitudinales de: la tasa de flujo de masa de las fases, la presión del líquido y la presión del vapor y el radio de curvatura de la interfaz líquidovapor, para micro tubos de calor con estructuras capilares multiranuradas. Las estructuras estudiadas están conformadas por ranuras longitudinales, abiertas de forma triangular con un ángulo de apertura de 60°. El estudio permite establecer que al aumentar el área de la sección transversal, ya sea aumentando el número de ranuras en la estructura capilar o disminuyendo la profundidad de las ranuras, se incrementa la tasa máxima de flujo de calor transferida para la masa máxima de fluido circulante.

An improved mathematical model and its numeric solution for steady state laminar two-phase flow of liquid and vapor in micro heat pipes of multi-grooved capillary structures are presented in this work. The model is constituted by the differential equations of continuity, momentum and energy for both phases and the momentum equation for the liquid-vapor interface. The numeric solution is obtained by means of the finite volume method with the upwind scheme. The reported results are the longitudinal distributions of: the mass flow rate of the phases, the liquid pressure and the vapor pressure, and the curvature radius of the liquid-vapor interface, for micro heat pipes with multi-grooved capillary structures. The structures are conformed by open longitudinal triangular grooves with an angle of opening of 60°. The study allows to establish that an increase in the cross-sectional area, increasing the number of grooves in the capillary structure or diminishing the depth of the groove, increases the maximum heat flow rate for the maximum circulating mass flow.

Evaluación de procedimientos de soldadura para revestimientos duros aplicados por el Proceso FCAW con transferencia metálica pulsada

Este trabajo tiene por finalidad la evaluación de procedimientos de soldadura para revestimientos duros o «hardfacing» obtenidos por el proceso FCAW con transferencia metálica pulsada empleando la metodología desarrollada por Amin (1983) para la determinación de los parámetros de pulso basada en la aplicación de tres criterios («burnoff», transferencia metálica y limitación de la corriente base). El revestimiento definitivo se realizó con los parámetros Ip = 300 A, Ib = 50 A, Tp = 3,1 ms y Tb = 10,7 ms. La fabricación y calificación de los cupones se llevó a cabo de acuerdo al Código ASME, Sección IX y la Norma AWS B2.1-1998, realizándose adicionalmente una evaluación metalográfica. Todos los ensayos no destructivos y destructivos (inspección visual, líquidos penetrantes, dureza, análisis químico y macrografía) calificaron según las normas. La técnica de soldadura FCAW-P puede ser utilizada en la aplicación de revestimientos duros sobre aceros al carbono, especialmente en los casos donde se requiere alta productividad ya que generan depósitos con buena calidad interna y superficial, a pesar de que este tipo de electrodo presenta una transferencia metálica bastante compleja y la metodología de predicción de parámetros de pulso usada se cumple parcialmente.

This work evaluates welding procedures for hardfacing done by Pulsed FCAW using a theoretical approach developed by Amin (1983) to predict the suitable combination of pulsed parameters which is based on burnoff, droplet detachment and arc stability criteria. Definite hardfacing was carried out with the following welding parameters: Ip= 300 A, Ib = 50 A, Tp= 3,1 ms, and Tb= 10,7 ms. Test specimens and their qualification were made according to ASME Code, Section IX and AWS B2.1-1998 Standard. Additionally, a macrographic evaluation was conducted. The destructive and non-destructive test results (visual and liquid penetrant inspection, hardness, chemical analysis and macrography) met the acceptance criteria. Pulsed FCAW can be used for the hardfacing of low carbon steels, especially when high productivity and good quality is required, in spite of the tubular electrode complex metal transfer and the partial accomplishment of Amins criteria.

minimización de los residuos provenientes de la regeneración de las Resinas de las Plantas Desmineralizadoras del crp-amuay

Motivado a la deficiencia en el abastecimiento de agua en el Estado Falcón, se estudió el reuso de agua de proceso en la Refinería de Amuay a través de la minimización de los desechos de las regeneraciones de las resinas de las plantas desmineralizadoras (DMAY-2/3). En la primera etapa del estudio, se evaluó el proceso actual de regeneración para conocer cuáles eran los efluentes correspondientes a los pasos recuperables sin requerir de tratamiento, hallándose que pueden ser recuperados completamente dos pasos en los intercambiadores catiónicos de DMAY-2 y dos en los de DMAY-3, así como dos pasos en los intercambiadores aniónicos de DMAY-2. La mejor opción de las alternativas estudiadas para destinar estos efluentes son los tanques de agua recuperada existentes en cada planta DMAY-2/3, para luego ser suministrados a las plantas de ablandamiento en caliente (WZAY-2/3). El reuso del agua de estos pasos podría implicar un ahorro de 41,7 MMBs al año. En el caso de los pasos que no pudieron ser recuperados, se determino que la ósmosis inversa es la mejor opción tecnológica evaluada. El tratamiento del contenido de los tanques de neutralización se realizaría por medio de dos plantas (una para cada tanque), hasta obtener una calidad igual o mejor al agua cruda. El agua desechada de los módulos de ósmosis inversa se descargará directamente en la bahía de Amuay dado que cumple con lo establecido en las normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos (Decreto Nº 883). En conclusión, las alternativas recomendadas para la recuperación de agua permiten minimizar los desechos de las regeneraciones en un 70%, es decir, que ahora serán desechados 125 GPM de los 420 GPM originales.

Due to the deficiency of the water supply in Falcón State, a study on the reuse of processed water was carried out at Amuay Refinery. It was based on the waste reduction of the demineralization plants (DMAY-2/3). In the first stage of the study, the current regeneration process was evaluated to determine which steps-effluents could be reused without requiring any treatment. As a result, it was determined that two steps-effluents of cationic exchangers of DMAY-2 and also two stepseffluents from those of DMAY-3 can be reused. In addition, two steps-effluents of anionic exchangers of DMAY-2 can be reused as well. The best alternative where those steps-effluents could be applied is recovered water tanks in each plant DMAY-2/3, to be later supplied to the plants of hot-softening (WZAY-2/3). Reusing those steps-effluents might lead to f Bs. 41.7 MM a year. In the case of the steps-effluents that could not be recovered, it was determined that reverse osmosis is the best technological option available. The treatment of the content of the neutralization tanks will be carried out by means of two plants (each plant a tank), until the same or even a better quality of raw water is obtained. The wastewater from the reverse osmosis plants will be dropped directly into Amuay Bay since it fulfills what it is established in the applicable regulation. In conclusion, the recommended alternatives for water recovery allow us to minimize the waste coming from the regenerations up to 70%, it means, 125 GPM out of the original 420 GPM will now be discarded.

Evaluación de carburos de Mo, Co-Mo Y Ni-Mo soportados sobre Carbón activado para la Hidrodesulfuración de Tiofeno

Se sintetizaron precursores catalíticos de Mo, Co-Mo y Ni-Mo soportados con 20% en peso de fase activa, por medio de la impregnación de carbón activado microporoso con soluciones acuosas de heptamolibdato de amonio, nitrato de níquel y sulfato de cobalto. Los sólidos obtenidos se sometieron a un tratamiento de carburación a presión atmosférica con una mezcla de CH4/H2 al 20% a una velocidad de calentamiento de 5ºC/min hasta 700ºC. Los catalizadores se caracterizaron por Difracción de Rayos-X (DRX), espectroscopia Infrarroja (FT-IR) y Área Superficial Específica (ASE) por fisisorción de nitrógeno. La caracterización por DRX mostró que el catalizador que sufrió mayor grado de transformación estructural fue el de Co-Mo/CA. Los análisis por IR mostraron señales correspondientes al soporte y a las especies soportadas. El ASE de las muestras oxídicas disminuyó respecto a la del soporte y aumentó luego de la carburación en el catalizador Co- Mo/CA. Los catalizadores fueron evaluados en sus formas oxídicas y carburadas, luego de presulfuración con CS2/H2, en la hidrodesulfuración de tiofeno a 350 ºC y presión atmosférica, observándose que la conversión de tiofeno de los catalizadores oxídicos y carburados fue similar a excepción del catalizador de Ni-Mo/CA que en forma oxídica presenta una conversión de tiofeno superior a la forma carburada.

Mo, Co-Mo, and Ni-Mo catalytic precursors (20 wt% active phase) supported on microporous activated carbon were synthesized by wet impregnation of ammonium heptamolybdate, nickel nitrate and cobalt sulfate solutions. The oxidic precursors were submitted to a carbiding treatment with a 20% CH4/H2 gas mixture, heating at 5ºC/min up to 700ºC. The resulting solids were characterized by X-Ray Diffaction (XRD), Infrared spectroscopy (FT-IR) and surface area measurements (SSA) from nitrogen physisorption data. XRD results indicated that the Co-Mo/CA catalyst suffered the strongest structural changes. FT-IR showed the signals corresponding to the support and the supported species. SSA of the oxidic samples decreased respect to the support, but increased after the carbiding treatment for the Co-Mo/CA sample. Catalysts were presulfided in situ with CS2/H2 mixture and evaluated in thiophene hydrodesulfurization at normal pressure and 350ºC, starting from both oxidic and carbided states. The observed thiophene conversions were similar for oxidic and carbided precursors, only the oxidic Ni-Mo/CA sample showed a higher conversion than the carbided sample.

estrategias de mitigación y control de inundaciones y aludes torrenciales en el Estado Vargas y en el Valle de Caracas: situación actual y perspectivas futuras

Los aludes torrenciales que se produjeron el año 1999 en el Estado Vargas dejaron grandes lecciones a los venezolanos. Las pérdidas humanas hubieran podido minimizarse en caso de que se hubiesen implementado un conjunto de medidas de prevención y mitigación. En este trabajo se discuten las diferentes estrategias de mitigación contra aludes torrenciales, estableciendo la distinción entre las medidas estructurales y no estructurales. Se revisan las medidas que se están implementando en el Estado Vargas y en el valle de Caracas, y se recomiendan acciones para orientar los esfuerzos que se están realizando a fin de mitigar los efectos por ocurrencia de nuevos aludes torrenciales.

The catastrophic debris flows that occurred along the State of Vargas in 1999 left many lessons to the Venezuelan people. The human losses could have been minimized if some mitigation and prevention measures had been implemented. In this paper, different strategies for protecting against debris flows are discussed, establishing a distinction between structural and non-structural measures. The strategies that have been implemented by local authorities are critically reviewed and some recommendations are made to mitigate the effects of the occurrence of new debris flows.

Recent seismicity in Northeastern Venezuela and tectonic implications

En este trabajo se presentan los resultados de los estudios de la actividad sísmica reciente en el noreste de Venezuela y el sureste del Caribe (9º - 13.5º N y 59º - 65º O). Se pudo obtener un mapa preciso y detallado de los hipocentros por la re localización de los eventos existentes y por el despliegue de instrumentos de banda ancha en la región a finales del año 2000. Se identificó una zona con ausencia de hipocentros alrededor de los 40 km que separa la sismicidad superficial perteneciente a la ambiente transcurrente de la sismicidad perteneciente a la zona de subducción. Además se pudo observar una estructura en forma de columna en la zona de subducción. De los resultados de los estudios estadísticos se supone la existencia de interacciones entre los dos regímenes tectónicos así como cambios en los campos de esfuerzos locales y regionales de ambos ambientes por interacción cruzada de los eventos sísmicos.

In this study we present results from the investigation of recent seismic activity in northeastern Venezuela and the southeastern Caribbean (9o - 13.5o N and 59o - 65o W). We were able to map precise and detailed hypocenters by relocating existing data sets and because of the deployment of broad band instruments in this region beginning at the end of 2000. We identify a hypocentral gap at about 40 km depth between shallow seismicity belonging to the strike slip environment and the seismicity of the subduction environment. Furthermore, we map a column-like hypocentral structure in the subduction area. From results of statistical studies we hypothezize interactions between the two tectonic regimes such as changes in the actual local and regional stress fields of both environments by cross triggering of seismic events.

Sediment Thickness and a WEST-EAST Geologic Cross Section in the Caracas Valley

Caracas is located at the Caribbean - South America plate boundary zone, with an associated strike slip fault system, which accommodates the relative movement of both plates and is responsible for the seismic hazard in the region. The damage pattern of the 1967 Caracas earthquake emphasized the existence of important site effects due to the sedimentary basin fill of the Caracas valley. A revised map of the sedimentary thickness was developed during this study, based on drill holes (mostly from water exploration) and results of seismic refraction investigations. A local depression in the area of Los Palos Grandes / Santa Eduvigis with exceptionally high values of more than 300 m could be confirmed by the available data. The shape of the depression seems to be controlled by NW - SE striking tectonic features rather than east-west striking features, as suggested by previous compilations. The second most important depth of the valley fill, in San Bernardino, reaches 140 m, while sediment thickness in the remaining areas does not exceed 80m. The east-west geological cross section through Caracas valley (along Metro line 1) permits the recognition of the four main lithological units of the Quaternary sediments: alluvial fan deposits, which can be subdivided into a proximal and a distal facies, terrace deposits of the Guaire River, and lacustrine floodplain deposits originated in buildups of Guaire River and its tributaries. The classification of the sediments for seismic microzoning purposes is supported by local seismic refraction studies, which give information on the velocity structure of the uppermost sedimentary strata.

La ciudad de Caracas está ubicada en la zona de contacto entre las placas del Caribe y de Sudamérica marcada por una amplia zona de fallas transcurrentes que acomodan su movimiento relativo y son responsables de la amenaza sísmica de la región. La distribución de daños generados por el terremoto de Caracas del año 1967 pone en evidencia la existencia de efectos de sitio importantes debido al relleno sedimentario del valle de Caracas. En este estudio se compiló un mapa revisado de los espesores de los sedimentos aluviales, basado en información de pozos (en su mayoría de exploración de aguas subterráneas) y resultados de estudios sísmicos de refracción. Una depresión local en la zona de Los Palos Grandes / Santa Eduvigis con un espesor de sedimentos mayor de 300 m ha sido confirmada por este estudio. La forma de la depresión parece controlada por accidentes tectónicos de rumbo NO - SE y no de rumbo O - E como sugieren compilaciones anteriores. La segunda profundidad más importante del relleno del valle, ubicada en San Bernardino, alcanza 140 m, mientras el espesor del sedimento no excede 80 m en el resto del valle. Una sección geológica O - E del Valle de Caracas (a lo largo de la línea 1 del Metro) permite reconocer las cuatro unidades litológicas principales de los sedimentos cuaternarios: depósitos de abanicos aluviales, que pueden ser sub-divididos en facies proximal y distal, terrazas del Río Guaire y depósitos lacustres generados por represamientos del Río Guaire y sus tributarios. La clasificación de los sedimentos para fines de microzonificación sísmica está apoyada en estudios de refracción sísmica locales, que proporcionan información sobre la estructura de velocidades de los sedimentos más superficiales.

Determinación de compuestos saturados en partículas sedimentadas en la ciudad de Valencia, Venezuela

Un conjunto de muestras de partículas atmosféricas depositadas (PAD) fueron recolectadas en azoteas de edificios ubicados en diferentes áreas de la ciudad de Valencia, con la finalidad de establecer variaciones espaciales mediante el estudio de la composición y distribución de hidrocarburos saturados n-parafinas, esteranos y hopanos empleando la técnica de cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG-EM). Las muestras colectadas en las zonas estudiadas presentan un patrón de distribución de n-parafinas y valores de índice preferencial de carbono (IPC) que reflejan fuentes de carácter tanto natural (biogénico) como antrópico, mientras que los compuestos cíclicos hopanos indican la influencia de fuentes principalmente de origen antrópico, asociada a aceites lubricantes y gasoil. De acuerdo a los resultados obtenidos podrían identificarse dos zonas en la ciudad de Valencia, una hacia el norte influenciada por aporte de materia orgánica natural y otra al sur en donde el aporte antrópico es significativo, siendo sus fuentes principales la quema de basura y combustibles (diesel, gasolina), y las emisiones industriales.

Atmospheric settled particles collected in terraced roofs from buildings situated in different areas of the city of Valencia were analyzed for saturated hydrocarbons by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). The samples from the studied zones show the presence of n-paraffins, steranes and hopanes compounds. The pattern of paraffin distribution and the values for preferential carbon index suggest different kinds of sources (natural and anthropogenic), cyclic hopanes indicate the influence of sources such as lubricant oils and gasoil. The results allow us to classify Valencia in two areas: one to the north influenced by natural organic matter, and other around the south with a significant anthropogenic contribution (garbage burning, fossil fuel) combustion and industrial emissions.

Evaluación de un Sistema Discontinuo de Biodigestión Anaerobia para el tratamiento de desechos avicolas

En el presente estudio, realizado en Guanare (Venezuela) durante los meses de noviembre 1998 a marzo 1999, se evaluó la aplicación de la biodigestión anaerobia en un sistema de flujo discontinuo (batch) para el tratamiento de residuos sólidos de granjas avícolas con fines de estabilización, producción de biogas, producción de bioabono y control de patógenos. Se evaluaron tres tratamientos: gallinaza (G), cama de pollos (CP) y una mezcla de estos materiales (G + CP). La mayor producción de biogas (0,249 m3/m3d) se obtuvo con la mezcla de materiales, para un tiempo de retención de 60 días a partir del inicio de la producción de gas combustible. Los parámetros físico-químicos evaluados muestran niveles de reducción variables, excepto para pH, nitrógeno orgánico, nitrógeno amoniacal y hierro, cuyos valores se incrementaron. Las características químicas del bioabono, no reflejaron variaciones importantes entre los tratamientos. Se detectó una escasa reducción en la carga de coliformes fecales y presencia de bacterias de los géneros Escherichia, Proteus, Enterobacter y Klebsiella. Los análisis de Salmonella resultaron negativos. La evaluación parasitológica muestra presencia de ácaros y huevos de parásitos de los géneros Ascaridia, Trichostrongylus, Heterakis y Eimeria, tanto en las muestras iniciales como finales. Entre las conclusiones destaca que el tratamiento anaerobio evaluado resultó poco eficiente para el control de bacterias del grupo Enterobacteriaceae y no se observaron efectos de control sobre los huevos de los parásitos encontrados. Por lo tanto, se recomienda profundizar el estudio de los aspectos bacteriológicos y parasitológicos, con la finalidad de evaluar alternativas para su control, así como para un manejo adecuado del bioabono.

In the present study, carried out in Guanare (Venezuela), in the period between November 1998 and March 1999, the application of an anaerobic digestion process in a discontinuous flow (batch) system was evaluated for the treatment of hen manure and rice hulls, with the purpose of stabilization, biogas production and pathogen control. The main biogas production (0,249 m3/m3d) was obtained with a combination of the evaluated materials, in a retention time of 60 days. In the bacteriological study, we found bacteria of the Escherichia, Proteus, Enterobacter and Klebsiella groups. Salmonella was not found. The parasitological study reported Ascaridia, Trichostrongylus, Heterakis and Eimeria. Among the conclusions reached, we emphasize that the anaerobic mesophilic process exercises scarce control over bacteria of the Enterobacteriaceae group, and no control was observed over the parasite eggs found. Therefore, further studies into these aspects is considered important, so as to find alternatives of control and recommendations for a safe handling of manure.