TFG de Ingeniería Química: ejemplos, alcance y método

[CA] En el present Treball de Fi de Màster es proposa la síntesi experimental de vidres bioactius de base alcalina, mitjançant una modificació del mètode Sol-gel convencional en la qual s'aplica un mètode no convencional basat en radiació microones. Amb esta tècnica, es pretén obtindre un vidre bioactiu d'estructura i característiques idèntiques al material sintetitzat pel mètode convencional, però amb una significativa reducció del temps i consum energètic en les etapes de gelificació i assecat. Posteriorment es procedix a la caracterització del vidres bioactius obtingut, l'anàlisi dels resultats i la formulació de conclusions. Finalment, es realitza una comparació del vidre bioactiu obtingut pel mètode Sol-gel modificat en base àcida.

[EN] The transition towards electric mobility, driven by the climate crisis and the need to reduce CO2 emissions, has generated a growing demand for metals such as lithium. Since the primary extraction of this resource from natural deposits and/or brines entails severe environmental impacts, the recycling of lithium-ion batteries presents itself as an essential pathway to mitigate these impacts and reduce the generation of hazardous waste. In this context, the hydrorecycling of "black mass" —a powdery concentrate of the internal components of the cells, rich in their metals— enables metal recovery through leaching. This leaching is generally carried out using sulfuric acid. However, due to its limitations, particularly of an environmental nature, the use of citric acid as a leaching agent in replacement of sulfuric acid has been evaluated in the literature, yielding promising results. Nevertheless, viable techniques still need to be developed to selectively separate lithium from other metals present in the obtained leachate, such as nickel. To achieve the selective separation of metals from the resulting solution, this work studies electrodialysis (ED), which employs membranes sele...

[ES] El e-Metanol se define como un tipo de metanol verde que es producido a partir de CO2 e H2 verde. La peculiaridad de esta sustancia es que, para que reciba este nombre, su síntesis no debe llevar asociadas emisiones de carbono. Esto es posible si el CO2 empleado proviene de la captura de emisiones industriales o de la producción de biogás. El metanol verde representa una alternativa sostenible frente a sus versiones marrón o gris, alineándose con los objetivos de descarbonización de sectores industriales intensivos en emisiones y, por consiguiente, con los Objetivos de Desarrollo Sostenible. El presente Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo principal diseñar un proceso para la producción de e-Metanol con una capacidad de producción de 6000 L/h. El estudio se centra en el diseño y simulación de las dos unidades de proceso fundamentales: el reactor catalítico y la columna de destilación. Como elemento clave de innovación, se emplea un catalizador novedoso que ha demostrado resultados prometedores a escala de laboratorio para la hidrogenación de CO2, pero que aún carece de implementación a escala industrial. El diseño parte del análisis de un modelo cinético representativo ...

[ES] El presente Trabajo Fin de Grado aborda el diseño, análisis y optimización de un proceso de extracción de carragenanos a partir de la microalga roja Hypnea musciformis, una especie autóctona del litoral mediterráneo con alto potencial biotecnológico. Los carragenanos son polisacáridos sulfatados con propiedades gelificantes, estabilizantes y espesantes, ampliamente utilizados en las industrias alimentaria, farmacéutica y cosmética. El trabajo se enmarca en la valorización de recursos marinos dentro de la bioeconomía azul, proponiendo un proceso químico sostenible que permite obtener un producto de alta pureza a partir de biomasa local. La metodología incluye el desarrollo de un esquema de proceso compuesto por operaciones unitarias de cultivo, recogida y transporte, lavado, pretratamiento alcalino, extracción acuosa, filtración, precipitación y secado, acompañado de un estudio experimental para determinar la influencia de los principales parámetros operativos sobre el rendimiento y la calidad del producto. Las condiciones óptimas de operación se han determinado mediante una revisión bibliográfica exhaustiva, recopilando datos experimentales de la literatura científica sobre pr...

[ES] El presente Trabajo de Fin de Grado pretende desarrollar la verificación de un modelo de compostaje aerobio mediante el volteo en parvas de la fracción orgánica procedente de residuos urbanos mezclados en la planta del Consorcio Valencia Interior ubicada en Llíria. El objetivo principal es establecer un procedimiento estandarizado para determinar la reducción de masa durante el proceso, superando la limitación técnica del pesaje continuo en entorno industrial. Para ello, se aplicarán balances de masa, humedad y energía, a partir de mediciones experimentales de temperatura mediante lanza termométrica antes y después de los volteos. Se evaluará el potencial energético del material mediante la fórmula de Dulong y se cuantificará la evaporación de agua asociada al salto térmico observado en planta. Los resultados permitirán definir Indicadores Clave de Desempeño (KPI) semanales, optimizando la frecuencia de volteos para garantizar la higienización y eficiencia del proceso.

[ES] La industria del contrachapado genera de forma continua residuos lignocelulósicos con alto potencial energético, cuya valorización mediante sistemas de combustión de biomasa requiere revestimientos refractarios capaces de soportar condiciones térmicas, mecánicas y químicas altamente exigentes. Un dimensionamiento inadecuado de estos revestimientos puede provocar pérdidas energéticas, fallos prematuros del sistema y elevados costes de operación y mantenimiento, comprometiendo la viabilidad del conjunto. En este contexto, el presente trabajo aborda el diseño y la propuesta de implementación de la solución refractaria en un sistema industrial de combustión destinado a una planta de fabricación de contrachapados, garantizando su viabilidad técnica, eficiencia térmica y adecuación económica en condiciones reales de operación. Para ello, la metodología seguida comprende el análisis de las condiciones de funcionamiento del sistema, la caracterización físico-mecánica de los materiales refractarios mediante ensayos normalizados, el desarrollo de un modelo de cálculo térmico que permite evaluar su comportamiento, así como un análisis paramétrico que integra propiedades y variables econó...

[ES] La industria de fabricantes de revestimientos y pavimentos cerámicos es un sector intensivo en el uso de energía térmica en los procesos de atomización, secado y cocción que proviene de la combustión de gas natural y, consecuentemente, es intensiva en emisiones de gases de efecto invernadero, i.e CO2. De entre las posibles propuestas técnicas de descarbonización, la hidrogenación catalítica de CO2 a CH4 (reacción de metanación o de Sabatier) puede dar lugar a un proceso de autogeneración y autoconsumo con cero emisiones de CO2. Si, además, la reacción de metanación tiene lugar en un reactor catalítico de membrana permselectiva de vapor de agua, el equilibrio químico termodinámico puede desplazarse hacia conversiones más altas (principio de Le Châtelier), pueden suprimirse reacciones secundarias y puede prevenirse la desactivación del catalizador. El presente trabajo se centra en el estudio de membranas permselectivas de vapor de agua para un reactor catalítico de membrana. Las membranas estudiadas están compuestas del material mesoporoso MCM-41 soportado-confinado en óxido de aluminio anódico poroso donde, además, la superficie interior de los poros del MCM-41 ha sido, en cier...

[ES] La presencia simultánea de contaminantes emergentes como los microplásticos y antibióticos en el agua representa un desafío ambiental debido a su persistencia y a la ineficiencia de los procesos de depuración convencionales. Este trabajo aborda la eliminación de una mezcla del antibiótico Norfloxacino y del microplástico Poliestireno mediante técnicas de electrooxidación y fotoelectrooxidación. Para ello, se emplea un ánodo cerámico de SnO2 dopado con Sb, recubierto con una capa fotocatalítica de ferrita de cadmio (CdFe2O4). Este material se presenta como una alternativa de bajo coste frente a electrodos convencionales como el diamante dopado con boro (BDD), aprovechando su capacidad de activación con la luz. A través de un estudio paramétrico, se analiza la influencia de la concentración inicial de ambos contaminantes y de la presencia de luz en la degradación. La degradación de ambas especies se analiza mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) y cromatografía iónica para determinar subproductos. Asimismo, la mineralización del poliestireno se evalúa mediante el análisis del Carbono Orgánico Total en fase sólida y la degradación del Norfloxacino mediante Espec...

[CA] La descarbonització del sector industrial representa un dels principals desafiaments actuals en la lluita contra el calfament global. En este context, l'hidrogen verd adquirix una especial rellevància com una matèria primera fonamental per a substituir els combustibles fòssils en indústries de difícil abatiment. El present Treball Final de Grau (TFG) té com a objectiu dissenyar una instal·lació de producció d'hidrogen verd per a abastir d'hidrogen una planta de producció d'e-metanol. Inicialment, es va determinar la capacitat de producció d'hidrogen que ha de tindre la instal·lació per a poder satisfer els requisits de la planta d'e-metanol. Després d'això, es va seleccionar la tecnologia d'electròlisi més adequada per a esta aplicació. Posteriorment, es va realitzar el disseny de l'electrolitzador i dels seus equips auxiliars, incloent-hi el sistema de tractament d'aigua i de refrigeració. Posteriorment, es va dissenyar la instal·lació fotovoltaica mitjançant la selecció i el dimensionament de mòduls i convertidors, prenent com a base una anàlisi del recurs solar en la ubicació del projecte. Finalment, es va desenvolupar un mo...

[CA] Varietat d'indústries que utilitzen membranes de osmosis (OI) inverses per al tractament o purificació d'aigües d'entrada a la planta o altres processos, gasten grans quantitats de diners en la renovació d'estes membranes, ja que estes s'embruten i es deterioren amb el temps, fent que la seua efectivitat disminuïsca el que limita la seua vida útil amb el pas del temps. Per esta raó, resulta de gran interés investigar alternatives que permeten la reutilització d'estes membranes, ja siga per a la mateixa funció o altres processos de filtració; això es pot aconseguir mitjançant la regeneració de membranes. La finalitat d'este treball residix en el disseny d'un procés de regeneració de membranes d'osmosi inversa que tenien com a funció la captació d'aigües de riu, que ja hagen complit la seua vida útil per a obtindre membranes de nanofiltració (NF) i ser utilitzades en el tractament de varietat d'aigües industrials. Això es pot aconseguir fent una neteja general en el qual eliminem la brutícia que recobrix la membrana, seguit per la degradació de la capa activa fent ús d'agents oxidants com pot ser l'hipoclorit de so...

Este Trabajo Fin de Máster desarrolla la simulación integrada de un proceso industrial para la producción de combustibles sostenibles de aviación (SAF) a partir del gas de síntesis generado mediante la gasificación en agua supercrítica de residuos industriales. El estudio incluye la selección de la materia prima, el diseño del sistema de limpieza y acondicionamiento del syngas, la síntesis Fischer-Tropsch, el upgrading de los hidrocarburos obtenidos y la integración energética del proceso. La simulación, realizada en Aspen Plus, evalúa la viabilidad técnico-conceptual de esta ruta de valorización de residuos, proponiendo una alternativa innovadora para la producción de combustibles sostenibles que contribuyan a la descarbonización del sector aeronáutico.

En la industria, más del 90 % de los controladores se basan en el algoritmo Proporcional-Integral-Derivativo (PID) (Hägglund & Guzmán, 2024). No obstante, la sintonización se limita únicamente a los lazos críticos, mientras que en los bucles restantes se mantienen los parámetros por defecto. Esta práctica ocasiona que los sistemas de control operen de manera deficiente, provocando periodos de puesta en marcha prolongados y complejos con costes superiores a los previstos. El presente Trabajo Fin de Máster tiene por finalidad simplificar y reducir los periodos de puesta en marcha mediante el estudio y validación de distintas estrategias de control en un Controlador Lógico Programable (PLC). Para ello, se emplea una metodología basada en simulación que permite analizar y mejorar los sistemas de control antes de su implementación en el proceso real. Dicha metodología se aplica a un caso de estudio típico de control multivariable con interacción: el control de la temperatura y del nivel de un tanque mediante dos corrientes a diferentes temperaturas. En una primera etapa, se desarrollan e implementan en Simulink estrategias de control basadas en diferentes ramas de la teoría de control. ...

Este Trabajo de Fin de Máster compara distintas estrategias de modelado sustituto para la optimización de la producción de metanol en Aspen Hysys. Se presentan dos casos de estudio de complejidad creciente (reactor PFR y proceso con recirculación y separador flash). Para llevar a cabo la comparación, se generaron bases de datos mediante la conexión Matlab–Hysys. Se entrenaron modelos de regresión por procesos gaussianos, GPR (como referencia de ajuste) y de red neuronal, y se construyó además un interpolador de superficie de respuesta con funciones de base radial (RBF) en Matlab. Las predicciones se contrastaron con los resultados del simulador. Posteriormente, se resolvieron los problemas de optimización: el interpolador RBF y Hysys con fmincon; la red neuronal con fmincon en Matlab y con reformulación MILP en GAMS (Big-M combinada con restricciones de envolvente convexa en ambos casos de estudio). Los resultados muestran una reducción muy significativa del coste computacional al emplear modelos sustitutos frente a la optimización directa con el simulador riguroso. En el segundo caso de estudio, la validación en Hysys indica que, en promedio, el interpolador RBF en Matlab presenta...

Este Trabajo Fin de Máster desarrolla la ingeniería de detalle y el análisis integral de una plataforma flotante para la producción de hidrógeno y amoníaco verdes mediante energía eólica marina en el Golfo de Cádiz, concebida además como estación de carga para buques. El proyecto abarca el diseño básico hacia una comprensión sistémica que integra los servicios auxiliares, la gestión energética, el control global de planta y la evaluación económica, ambiental y estratégica. En primer lugar, se contextualiza la propuesta dentro de la transición energética y la descarbonización del transporte marítimo, comparando el hidrógeno y el amoníaco como vectores energéticos marinos y revisando proyectos internacionales de referencia. A continuación, se establece el marco normativo aplicable —OMI, MARPOL, SOLAS, IGF/IGC, legislación española y directivas europeas— necesario para garantizar la viabilidad regulatoria de la instalación. La parte central del trabajo desarrolla la ingeniería del sistema offshore, incluyendo el cálculo detallado de los consumos eléctricos, térmicos y de refrigeración; el balance energético global; la integración de servicios auxiliares; y la definición de criterios d...

Esta tesis da continuidad al trabajo realizado en la tesis anterior llamada “Basic engineering of a hydrogen production system using biomethane and biogas”. Esta tesis sigue teniendo como objetivo el análisis de nuevos procesos productivos para la obtención sostenible de hidrógeno a partir de gases renovables. Aquí, inicialmente se realiza un análisis energético de los procesos diseñados previamente, seguido por el diseño e implementación de reactores solares, con el fin de reemplazar los reactores tradicionales y así utilizar fuentes de energía renovables. Finalmente, se calcula el LCOH total de cada proceso, evaluando su competitividad y viabilidad.

El presente Trabajo de Fin de Máster desarrolla el diseño conceptual y simulación, en Aspen Plus, de una planta integrada para la producción de isopreno a partir de isobutanol renovable. El objetivo es aportar conocimiento sobre alternativas de origen biológicos que sustituyan las rutas actuales basadas en materias primas fósiles. La ruta propuesta consta de dos procesos principales. En el primero, el isobutanol obtenido a partir de la fermentación de azucares, se deshidrata sobre gamma-alúmina a 325ºC y 5 bar, alcanzado un 85% de conversión y un 95% de selectividad a isobuteno. La corriente obtenida se somete a un tren de separación donde en primer lugar, se separa el isobuteno junto con los isómeros (productos secundarios). Tras una destilación reactiva, se obtiene el isobuteno y como subproducto los isómeros. Por otra parte, el isobutanol y el agua, se envía a un tren de separación de dos columnas con un decantador en el medio, donde se separa el azeótropo isobutanol-agua. El isobutanol no reaccionado, se recircula a la entrada del reactor. En el segundo proceso, el isobuteno reacciona con formaldehído mediante una condensación tipo prins en fase gaseosa a 300ºC y 1 bar, con rel...

Las explosiones de polvo representan un riesgo significativo en industrias que manejan sólidos combustibles. Aunque menos intuitivas que las explosiones de líquidos o gases, estas explosiones han causado accidentes graves desde el siglo XVIII, motivando el desarrollo de normas y estrategias de prevención y protección. El presente trabajo se centra en el dimensionamiento de paneles de venteo de explosión para equipos industriales críticos, como silos, filtros de mangas y elevadores de cangilones, atendiendo a la norma europea EN 14491:2012 y a la estadounidense NFPA 68 (2023). Se comparan las áreas de venteo calculadas para diferentes geometrías de silos y filtros de mangas, considerando la influencia de parámetros clave como la relación altura-diámetro (L/D), la presión reducida máxima de explosión (Pred.máx) y las propiedades del polvo (KSt y Pmáx). Los resultados muestran que, en general, la EN 14491 produce áreas de venteo mayores, reflejando un enfoque más conservador, mientras que la NFPA 68 permite ajustes más finos a las condiciones específicas del equipo.<br />

Cada año se consumen a nivel mundial millones de pelotas de pádel, un material deportivo con una vida útil muy limitada, lo que conlleva a la generación significativa de residuos. La composición de estas pelotas radica principalmente en caucho recubierto de felpa textil, lo cual hace que sea un residuo más complicado de tratar. La gestión de estos residuos a través de métodos convencionales de eliminación o reciclaje no es muy eficiente. En este contexto y teniendo en cuenta la necesidad de incluir este tipo de residuos en estrategias de economía circular, este trabajo evalúa la valorización termoquímica de las pelotas de pádel desechadas mediante un proceso de pirólisis. Para ello, se analiza el comportamiento del residuo completo y de sus componentes de una forma individual (caucho y felpa) para de esta forma valorar la recuperación de posibles productos con valor añadido. En el estudio se analiza la influencia de la temperatura de operación, en un intervalo de 350ºC a 600ºC, los rendimientos y la composición de los productos obtenidos para cada una de las materias primas. Los resultados muestran que la pirólisis de las pelotas enteras presenta rendimientos comparables con los de...

El presente Trabajo Fin de Máster aborda el diseño y optimización del proceso productivo de elaboración de kéfir en una industria láctea ubicada en la provincia de Huesca. El kéfir es una bebida fermentada con propiedades probióticas y cuenta con un creciente interés por parte del consumidor, alineado en la tendencia hacia una alimentación más saludable. Este trabajo aborda el dimensionado conceptual de la línea de producción, desde la recepción de la leche hasta el envasado y almacenamiento del producto final, así como los balances de materia y energía del proceso y un análisis técnico-económico y de sostenibilidad. Se definen las bases de diseño en términos de capacidad de producción, especificaciones del producto y condiciones de operación. A partir de ellas, se propone un diagrama de flujo de proceso y se describen las principales operaciones unitarias: tratamiento térmico (calentamiento, regeneración y enfriamiento), inoculación, fermentación, separación de gránulos, maduración refrigerada y envasado. Además, se analizan las necesidades de servicios industriales (frío, vapor, agua de proceso y de limpieza) y se proponen medidas de eficiencia energética, sostenibilidad y compet...

Este trabajo de fin de grado está enfocado al estudio de la introducción de hidrógeno como combustible en los gasoductos de gas natural como una de las acciones para la reducción de gases de efecto invernadero que están ocasionando el cambio climático. Para llevarlo a cabo, se realiza un estudio de ambos gases, estudiando las normativas existentes para las mezclas de gas natural con hidrógeno tanto en España como en la Unión Europea, analizando los principales problemas técnicos que pudiesen existir, y por medio del programa REFPROP, obteniendo de forma teórica, las propiedades volumétricas, energéticas y termofísicas de las distintas mezclas del gas natural con el hidrógeno. Por último, de forma teórica, obtengo la mezcla para la cual los equipos actuales no necesitarían inversión para adaptarse y la reducción de dióxido de carbono a la atmósfera que podríamos alcanzar.

Este trabajo busca estudiar la separación de aminas del ácido fórmico mediante la destilación. Se enmarca dentro del proyecto PHyCO2 “Conversión hidrotermal a escala piloto de CO2 capturado de fuentes concentradas y diluidas”. El objetivo de este proyecto es transformar el CO2 capturado por aminas en ácido fórmico. En concreto, este trabajo se encarga de la recuperación de aminas y separación del ácido fórmico. Para ello, se pretende dimensionar una columna de destilación para la planta piloto. La columna se ha modelado usando el simulador ASPEN PLUS. El diseño de la columna se ha evaluado comparando los datos proporcionados por varios modelos termodinámicos para una destilación diferencial y comparándolos con los datos obtenidos experimentalmente usando diferentes aminas. Se ha encontrado que con la destilación no se consigue recuperar toda la amina ni se consigue separar por completo la amina del ácido fórmico. Además, se ha visto que se produce reacción durante la destilación formándose nuevos compuestos.

Este trabajo de fin de grado se centra en el dimensionado de una planta piloto para la síntesis de catalizadores de rutenio soportado sobre quitina a partir de cáscaras de crustáceos, en el proceso de valorización de este residuo. Se ha desarrollado un estudio experimental en el laboratorio Presstech de la Universidad de Valladolid con cáscaras Litopenaeus Vannamei para producir el catalizador más eficaz siguiendo la vía de fabricación que maximiza el producto de interés con rendimientos del 98%: desmineralizar, desproteinizar y depositar el rutenio. Se ha realizado el dimensionado de una planta piloto realizando 25 ciclos completos en un cuatrimestre (10 semanas) trabajando 8 h/d, con una producción de 22,2g de catalizador/ciclo. Se emplea un tanque agitado de 10L donde se produce la desmineralización de las cáscaras, una instalación de agua subcrítica para desproteinizar el sólido desmineralizado operando a 255ºC, 190bar y 8s de tiempo de residencia, y un tanque de impregnación de rutenio de 6 L donde se sintetiza el catalizador. Además, se utiliza un filtro prensa tras la desmineralización y una centrífuga tras la desproteinización, ambos equipos ya disponibles en el laboratorio...

In the current context of the energy transition, green hydrogen is emerging as a key vector for decarbonization, with methanol steam reforming being a promising technology for its production and transport. This Final Degree Project presents the techno-economic design of a plant capable of producing 8,000 tons of hydrogen per year through methanol steam reforming. The process was simulated under steady-state conditions, including reforming, hydrogen purification, and CO₂ capture using MEA absorption. The plant consumes 46,948 tons of methanol and 29,217 tons of water annually, generating 64,400 tons of captured CO₂. The energy intensity of the process is 8.79 MJ/kg of H₂, with associated emissions of 0.54 kgCO₂e/kg. The economic analysis estimates a capital investment of €31.5 million and annual operating costs of €92 million. The project's viability is dependent on the hydrogen sale price, resulting in NPV of zero and IRR of 2% for a hydrogen price of €12/kg.

This study presents a techno-economic and environmental analysis of bioethanol production through syngas fermentation obtained from lignocellulosic biomass and sewage sludge. The comparison showed that lignocellulosic biomass did not achieve competitive results, whereas gasification of 500 kg/h of sludge from wastewater treatment plant enabled a bioethanol production of 307.3 kg/h. The economic analysis yielded a positive NPV of 22.45 M€ and an IRR of 7%, indicating viability with limited profitability. From an energy standpoint, ethanol purification and distillation were identified as the most intensive stages, representing the main technical limitation. Nevertheless, the environmental indicators evidenced reductions in CO2 emissions compared to fossil-based scenarios, together with an efficient use of resources with a MI of 0.94. Overall, the valorization of sewage sludge through syngas fermentation emerges as a promising and sustainable alternative, though requiring further optimization.