Tecnología Química

Estrategia de desarrollo de una fábrica de azúcar como biorrefinería incluyendo la producción de pellets para una bioeléctrica

RESUMEN • La extracción del jugo de los filtros en la industria azucarera, posibilita la producción de crema de levadura torula para favorecer la alimentación porcina, permitiendo incrementar la cantidad de bagazo sobrante para utilizarlo en la obtención de xilitol para la industria alimenticia, aprovechando el material lignocelulósico resultante como fuente de energía compactada para la generación de electricidad, bajo el contexto de una biorrefinería. Partiendo de la extracción de jugo de los filtros, torula, y mediante los balances se obtuvieron los incrementos posibles de bagazo sobrante y la integración de las producciones de xilitol y pellets. Se obtuvieron las cantidades de azúcar, miel, bagazo, torula, xilitol y pellets para los diferentes porcentajes de extracción y se analizó el incremento de las ganancias y los indicadores financieros El porcentaje de extracción óptimo del jugo de los filtros, en correspondencia con los precios de productos, costo de materias primas y costos de inversión estimados, está en el entorno del 40 %.

• The extraction of the juice from the filters in the sugar industry enables the production of torula yeast cream to promote swine feeding, allowing the amount of leftover bagasse to be increased to be used to obtain xylitol for the food industry, and to take advantage of the resulting lignocellulosic material as a source of compacted energy for the generation of electricity, in the context of a biorefinery. Assess the alternatives for the production of torula yeast, xylitol and pellets from the extraction of the juice from the filters, considering the context of a biorefinery, for the benefit of swine feeding, the food industry and electricity generation. Starting from the extraction of juice from the filters, the investment and production capacities of torula yeast cream were used, and through the materials and energy balances, the possible increases in leftover bagasse and the integration of the production of xylitol and pellets were obtained. The quantities of sugar, honey, bagasse, torula, xylitol and pellets were obtained for the different extraction rates and the increase in profits and financial indicators were analyzed. With the prices of the products, the cost of raw materials and the investment estimates, the optimal extraction percentage of the juice from the filters is around 40 percent.

Cálculo de la Huella Ecológica generada por el Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado

RESUMEN El presente trabajo desarrolló el cálculo de la huella ecológica del Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado, entidad de ciencia adscrita a la Universidad de Oriente, Santiago de Cuba. Las categorías analizadas para realizar los cálculos de las emisiones de CO2 y de la huella ecológica fueron: Agua, Superficie construida, Consumo de Electricidad, Movilidad, Papel, Residuos sólidos no peligrosos, Residuos peligrosos, Alimentos, Servicios y Producción de Acondicionadores Magnéticos. Se utilizó como base la metodología de Doménech (2009) y la metodología para el cálculo de la huella ecológica en universidades de López Álvarez y colaboradores (2009) de la Oficina de Desarrollo Sostenible, Universidad de Santiago de Compostela. Los resultados obtenidos para el año 2022 reflejan que el Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado necesita un área de bosques de 52,984 ha/año para regenerar los recursos naturales que se demandan por el centro para satisfacer su objeto social. Asimismo, requiere de 89,096 hag de bosque estándar mundial para asimilar las emisiones de CO2 generadas.

ABSTRACT This work determined the ecological footprint of the National Center for Applied Electromagnetism, a science institution attached at the Universidad de Oriente, Santiago de Cuba. The categories analyzed to carry out the calculations of CO2 emissions and the ecological footprint were: Water, Built surface, Electricity Consumption, Mobility, Paper, Non-hazardous solid waste, Hazardous waste, Food, Services and Production of Magnetic Conditioners. The methodology of Doménech (2009) and the methodology for calculating the ecological footprint in universities of López Álvarez et al. (2009) of the Sustainable Development Office, University of Santiago de Compostela were used as a basis. The results obtained for the year 2022 reflect that the National Center for Applied Electromagnetism needs an area of 52,984 ha/year of forest to regenerate the natural resources that the center uses for the satisfaction of it social demand. Similarly, it requires 89,096 hag standard forest to assimilate CO2 emissions.

Evaluación del secado de cáscaras de huevo a escala de laboratorio para su aprovechamiento industrial

RESUMEN En la Industria cubana La Purísima se producen salsas y aderezos para la gastronomía nacional; pero no dispone de un proceso para la deposición de las cáscaras de huevo de gallina, como resultado, se vierten diariamente 220 kg de cáscaras que generan un impacto negativo en el medio ambiente. La investigación evalúa el secado de las cáscaras de huevo de gallina con membrana proteica a escala de laboratorio, con vistas a revalorizar este residuo en la producción de un suplemento alimenticio para aves de corral rico en calcio. Se determinó el contenido de carbonato de calcio en la cáscara para confirmar la aplicación potencial del residuo. La curva de secado y del régimen de secado se obtuvo por medición experimental en un secadero bajo aireación a 90 °C. El contenido de carbonato de calcio en el residual fue de 93,33 %. La curva de secado se ajustó a un modelo matemático exponencial en función de la constante de secado y la humedad en equilibrio a una temperatura de 90 °C. El régimen de secado del sólido presentó un período de velocidad de secado decreciente hasta un valor de humedad de 0,021 kg de agua / kg de sólido seco, para valores inferiores presentó una desviación de la función exponencial en su velocidad. El aprovechamiento de las cáscaras de huevo residuales resultó ser una fuente atractiva de carbonato de calcio con potencialidades para su utilización en la elaboración de suplemento alimenticio para aves de corral.

The Cuban industry La Purísima produces sauces and dressings for the national gastronomy; but it does not have a process for the deposition of chicken eggshells, as a result, 220 kg of eggshells are dumped daily, which generate a negative impact on the environment. The research evaluates the drying of hen eggshells with protein membrane on a laboratory scale, with a view to revalorizing this waste in the production of a calcium-rich poultry feed supplement. The calcium carbonate content of the shell was determined to confirm the potential application of the residue. The drying curve and drying rate curve was obtained by experimental measurement in a drying oven under aeration at 90 °C. The calcium carbonate content of the residue was 93,33 %. The drying curve was fitted to an exponential mathematical model as a function of the drying constant and the moisture in equilibrium at a temperature of 90 °C. The drying regime of the solid presented a period of decreasing drying rate up to a moisture value of 0,021 kg of water / kg of dry solid, for lower values, this presented a deviation from the exponential function in its rate. The utilization of residual eggshells proved to be an attractive source of calcium carbonate with potential for its use in the production of feed supplement for poultry.

Modelación de la distribución de tamaño de menas saprolíticas alimentadas al proceso Caron

RESUMEN En este estudio se determinó el modelo de distribución de tamaños de partícula que mejor caracteriza la composición granulométrica de las menas de saprolitas alimentadas al proceso Caron cubano. Se evaluaron tres muestras de serpentinas blandas y duras concernientes a los yacimientos de Punta Gorda, Camarioca Este y Yagrumaje Sur. Las principales fases mineralógicas de las muestras se identificaron por el método de difracción de rayos X en polvo. Se observó el predominio de las fases mineralógicas lizardita, clinocloro y clorita-serpentina en las diferentes muestras bajo estudio. La determinación de los parámetros de los modelos granulométricos y la evaluación de la calidad de su ajuste con técnicas estadísticas, permitió identificar que la función Swebrec es la que mejor describe la distribución de los tamaños de partículas experimentales de las muestras de serpentinas, con coeficientes de determinación superiores a 0,91 y errores residuales inferiores a 6,9 %.

ABSTRACT In this study, the particle sizes distribution model that best characterizes the granulometric composition of saprolite ores fed to the Cuban Caron process was determined. Three samples of soft and hard streamers from the Punta Gorda, Camarioca Este and Yagrumaje Sur deposits were evaluated. The main mineralogical phases of the samples were identified by the X-ray powder diffraction method. The predominance of the mineralogical phases lizardite, clinochlore and chlorite-serpentine was observed in the different samples under study. The determination of the parameters of the granulometric models and the evaluation of the quality of their adjustment with statistical techniques, allowed us to identify that the Swebrec function is the one that best describes the distribution of the experimental particle sizes of the streamer samples, with determination coefficients higher than 0,91 and residual errors lower than 6,9 %.

Formulación de un postre lácteo con adición de proteínas de lactosuero

RESUMEN El lactosuero es un residuo de la industria quesera cuyo aprovechamiento como materia prima en formulaciones alimentarias para humanos ha sido estudiado, principalmente por su composición nutricional y por el impacto negativo que tiene sobre el medio ambiente cuando se desecha. El objetivo de la presente investigación fue obtener un postre lácteo a partir de proteínas del lactosuero. Se utilizó el método de optimización numérica a través de una superficie respuesta I-Óptimo. Los factores seleccionados fueron: proteína (requesón), goma xantana, almidón y agua del sistema, las variaciones estuvieron sujetas al máximo permisible de estos componentes para la mezcla. Se evaluaron las variables: apariencia, textura, aceptación general y estabilidad. La caracterización sensorial del postre se realizó con cinco catadores de la Dirección de Ciencias del Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia, quienes generaron los descriptores mediante el método de asociación controlada. La formulación seleccionada presentó un contenido de proteína (requesón) de 33,21 %; 0,158 % de goma xantana, 4,43 de almidón, 46 % de agua y 16,2 % de azúcar. La evaluación sensorial permitió establecer los descriptores, color, homogeneidad, olor a fresa, nota láctea en el olor, sabor a fresa, sabor lácteo, sabor dulce, sabor ácido, consistencia y cremosidad. La impresión general para la calidad resultó ser excelente.

ABSTRACT Whey is a residue from the cheese industry whose use as a raw material in human food formulations has been studied, mainly due to its nutritional composition and the negative impact it has on the environment when discarded. The objective of the present investigation was to obtain a dairy dessert from whey proteins. The numerical optimization method was used through an I-Optimal response surface. The selected factors were: protein (cottage cheese), xanthan gum, starch and system water, the variations were subject to the maximum allowable of these components for the mixture. The variables appearance, texture, general acceptance and stability. The sensory characterization of the dessert was carried out with five tasters from the Science Department of the Food Industry Research Institute, who generated the descriptors using the controlled association method. The selected formulation presented a protein content (cottage cheese) of 33.21%; 0.158% xanthan gum, 4.43 starch, 46% water and 16.2% sugar. The sensory evaluation allowed to establish the descriptors, color, homogeneity, strawberry smell, milky note in the smell, strawberry flavor, milky flavor, sweet flavor, acid flavor, consistency and creaminess. The overall impression for the quality turned out to be excellent.

Evaluación del proceso de producción de sirope de fructo-oligosacáridos en una planta de sorbitol

RESUMEN • Se evaluó la posibilidad de incorporar la produccón de fructo-oligosacáridos a partir de sacarosa en la Unidad Empresarial de Base (UEB) “Ignacio Agramonte” que produce actualmente sorbitol, con un bajo aprovechamiento de la capacidad instalada por falta de glucosa, existiendo oportunidad en infraestructura, tiempo y mano de obra para convertir la entidad en una planta multipropósito. Se desarrolló un modelo de simulación de la tecnología de producción de sirope de fructo-oligosacáridos a partir de sacarosa, basada en la transformación enzimática de la sacarosa en fructo-oligosacáridos, utiizando la enzima recombinante 1-SST (1-sacarosa: sacarosa fructosiltransferasa) expresada en Pichia pastoris, obtenida en el Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología de Sancti Spiritus. La validación del modelo arrojó errores relativos menores que el 5 %. Se evaluaron dos alternativas de mejoras a partir de aumentar la producción de FOS al utilizar la capacidad real instalada en la fábrica de sorbitol (alternativa 1) y además aumentar la concentración inicial de la solución de sacarosa (alternativa 2). Se evaluó la factibilidad de las alternativas al comparar la ganancia anual después de impuestos (Anci) y los egresos. La alternativa 2 resultó la mejor, produciéndose con ella 841,5 t de fructo-oligosacáridos en 90 días de trabajo, con una relacion beneficio / costo de 1,2.

ABSTRACT • The possible production of fructo-oligosaccharides from sucrose was evaluated in the Base Business Unit (UEB) “Ignacio Agramonte'”, which currently produces sorbitol, with low exploitation of the installed capacity, due to lack of glucose. There was an opportunity in infrastructure, time and labor to convert the entity into a multipurpose plant. A simulation model of the technology for the production of fructo-oligosaccharide syrup from sucrose was developed, based on the enzymatic transformation of sucrose into fructo-oligosaccharides, using the recombinant enzyme 1-SST (1-sucrose: sucrose fructosyltransferase) expressed in Pichia pastoris, obtained at the Center for Genetic Engineering and Biotechnology at Sancti Spiritus. Model validation yielded relative errors lesser than 5 %. Two improvement alternatives were evaluated based on increasing the production of FOS by using the actual installed capacity in the sorbitol factory (alternative 1) and also increasing the initial concentration of the sucrose solution (alternative 2). Feasibility of the alternatives was evaluated by comparing the annual net cash income (Anci) and expenses. Alternative 2 was the best, producing 841,5 t of fructo-oligosaccharides in 90 working days, with a benefit/cost ratio of 1,2.

Implementación de un protocolo de gestión de riesgo por presencia de cianobacterias tóxicas en la laguna de San Blas, Camagüey, Cuba

RESUMEN Las floraciones de cianobacterias tóxicas constituyen un problema global cada vez más frecuente, debido a la eutrofización, los efectos del cambio climático y a un mayor esfuerzo de vigilancia en los ecosistemas acuáticos. En Cuba se han muestreado varios ecosistemas en la región oriental, demostrando que este riesgo existe en aguas superficiales e interiores, debido a las condiciones climáticas, principalmente en pequeños ecosistemas con grandes presiones humanas. Sin embargo, otras zonas están aún inexploradas. El objetivo de este trabajo fue implementar un protocolo de gestión de riesgos en la Laguna San Blas, debido a la presencia de cianobacterias tóxicas en el ecosistema, a raíz de un reporte comunitario, con muerte de animales domésticos y silvestres; olor desagradable y síntomas dermatológicos en humanos. Se implementó un protocolo de gestión y acciones comunitarias para minimizar el impacto de las cianobacterias tóxicas. En este pequeño reservorio eutrófico se confirmó la presencia de una floración mixta de cianobacterias toxigénicas, siendo mayoritaria Spherospermopsis torques-reginae, identificándose otras nueve especies asociadas a la producción de microcistinas, anatoxinas y/o cilindrospermopsinas. Se implementaron acciones estratégicas para contener la situación de riesgo, con la participación de la comunidad y expertos, liderados por el Laboratorio de Criminalística de Camagüey.

ABSTRACT Toxic cyanobacteria blooms are an increasingly common global problem due to eutrophication, the effects of climate change and increased surveillance efforts in aquatic ecosystems. In Cuba, several ecosystems have been analyzed in the eastern region, demonstrating that this risk occurs to surface and inland waters, due to climatic conditions, mainly in small ecosystems with great human pressures. However, other areas are still unexplored. The objective of this work was to implement a risk management protocol in the San Blas Lagoon, Camaguey, due to the presence of toxic cyanobacteria in the ecosystem, following a community report, with the death of domestic and wild animals; unpleasant odors and dermatological symptoms in humans. A management protocol and community actions were implemented to minimize the impact of toxic cyanobacteria. In this small eutrophic reservoir, the presence of a mixed bloom of toxigenic cyanobacteria was confirmed, being Spherospermopsis torques-reginae the majority, as well as other nine species associated with the production of microcystins, anatoxins and/or cylindrospermopsins were identified. Strategic actions were implemented to contain the risk situation, with the participation of the community and experts, led by the Camagüey Criminalistics Laboratory.

Evaluación del proceso de secado de biomasa algal utilizando un secador solar diseñado al efecto

RESUMEN Hoy día los ecosistemas marinos y costeros se encuentran amenazados por la invasión de algas nocivas. La solución a esta situación necesariamente debe estar encaminada al aprovechamiento integral de esta biomasa. El proceso de secado tiene un impacto decisivo en la calidad de la materia prima resultante y el costo de cualquier subproducto derivado. Por este motivo el objetivo de esta investigación es evaluar el proceso de secado de las macroalgas: Sargassum fluitans, Ulva lactuca y Chaetomorpha cf. gracilis, utilizando un secador solar diseñado al efecto. El proceso de secado fue evaluado a una temperatura de 60°C. Los resultados obtenidos reportaron que la deshidratación en la estufa tuvo una duración inferior a las 2 h, mientras que en el secador solar se registraron valores superiores a los alcanzados en la estufa. El análisis de la primera derivada muestra que el mayor pico de pérdida de humedad está alrededor del 80 % y se alcanza en los primeros 15 min en la estufa eléctrica. Sin embargo, en el secado solar se registró alrededor de los 45 min. Los resultados obtenidos en el proceso de secado fueron ajustados a un modelo polinomial con un coeficiente de determinación del 99,13 %.

ABSTRACT Nowadays marine and coastal ecosystems are threatened by the invasion of harmful algal species. The solution to this situation should be aimed at the integral use of this biomass. The drying process has a decisive impact on the quality of the resulting raw material and the cost of any derived by-products. For this reason, the objective of this research is to evaluate the drying process of macroalgae: Sargassum fluitans, Ulva lactuca and Chaetomorpha cf. gracilis, using a solar dryer designed for this purpose. The drying process was evaluated at a temperature of 60°C. The results obtained reported that dehydration in the oven lasted less than 2 hours, while in the solar dryer values higher than those achieved in the oven were recorded. The first derivative analysis shows that the highest peak of moisture loss is around 80 % and is reached in the first 15 min in the electric stove. However, in solar drying it was recorded around 45 min. The results obtained in the drying process were adjusted to a polynomial model with a determination coefficient of 99,13 %

El GeoGebra 3D como herramienta de diseño en estructuras cristalinas

RESUMEN El diseño y visualización de la distribución de los átomos en una fracción del espacio mediante la aplicación de software, permite elevar la comprensión de la estructura de los materiales y la elaboración de proposiciones teóricas. El propósito de este trabajo consistió en desarrollar un procedimiento para la aplicación del software GeoGebra 3D como herramienta de diseño de estructuras cristalinas, desde la asignatura de Matemática para estudiantes de Ingeniería Química. Se realizó un taller denominado GeoCristal para reflejar las experiencias sobre el empleo de GeoGebra 3D. A partir de una secuencia de tareas, los estudiantes diseñaron en el software una estructura cristalina BCC relacionada con el hierro alfa. La experiencia demostró la utilidad del software para el diseño en estructuras cristalinas. Permitió fomentar y sistematizar contenidos imprescindibles de la Ingeniería de los Materiales. Logró aumentar la motivación de los estudiantes por las Matemáticas. El estudio reflejó la importancia del uso de las TICs y de las asignaturas básicas en la formación del ingeniero químico.

ABSTRACT The design and visualization of the distribution of atoms in a fraction of space through the application of software allows us to increase the understanding of the structure of materials and the elaboration of theoretical propositions. The purpose of this work was to develop a procedure for the application of the GeoGebra 3D software as a tool for designing crystalline structures, from the Mathematics subject for Chemical Engineering students. A workshop called GeoCristal was held to reflect experiences on the use of GeoGebra 3D. Based on a sequence of tasks, the students designed a BCC crystal structure related to alpha iron in the software. The experience demonstrated the usefulness of the software for the design of crystalline structures. It made possible to promote and systematize essential contents of Materials Engineering. Managed to increase students' motivation for Mathematics. The study reflected the importance of the use of ICTs and basic subjects in the training of chemical engineers.

Determinación de las emisiones indirectas de gases de efecto invernadero en fábricas de plásticos

RESUMEN Las fábricas de transformación de plásticos poseen gran importancia por su incidencia en otras pertenecientes a sectores estratégicos. Sin embargo, el alto consumo de energía eléctrica en el procesamiento de estos materiales, contribuye negativamente al medio ambiente. El objetivo de esta investigación es determinar las emisiones indirectas de gases de efecto invernadero en base al dióxido de carbono, a partir del consumo fijo de energía en una fábrica de plásticos de la provincia de Holguín, Cuba. Los métodos utilizados fueron las técnicas para registro y procesamiento de datos, la observación directa, el trabajo con grupos de expertos y encuestas, así como el análisis de documentos. Se diseñó un procedimiento basado en la metodología de Tangram Technology, para determinar la cantidad de dióxido de carbono equivalente que se emite a la atmósfera. El estudio se realizó en el periodo comprendido entre el 2020 al 2022. Como principales resultados, destacan los siguientes: se logró mejorar la gestión energética en la Fábrica Plásticos Holguín a partir de la identificación de oportunidades de ahorro de energía en las áreas administrativas, departamentos y locales anexos, implementando un plan de acción que permitió una disminución de la carga contaminante a la atmósfera en la etapa analizada.

ABSTRACT Plastic transformation enterprises are of great importance due to their impact on others belonging to strategic sectors. However, the high consumption of electrical energy in the processing of these materials contributes negatively to the environment. The objective of this research is to determine the indirect emissions of greenhouse gases based on carbon dioxide, from the fixed consumption of energy in a plastics factory in the province of Holguín, Cuba. The methods used were the techniques for recording and processing data, direct observation, work with groups of experts and surveys, as well as documents analysis. A procedure based on the Tangram Technology methodology was designed to determine the amount of equivalent carbon dioxide that is emitted into the atmosphere. The study was carried out in the period between 2020 and 2022. The main results include the following: energy management at the Holguín Plastics Factory was improved based on the identification of energy saving opportunities in administrative areas, departments and attached premises, implementing an action plan that allowed a decrease in the pollutant load to the atmosphere in the analyzed stage.

Evaluation of rock-fluid interaction in an enhanced recovery process by injection of chemical formulation

RESUMEN La interacción roca-fluido se asocia al daño de la formación y ocurre por introducción de “fluidos extraños” que causan desequilibrios químicos y físicos en la matriz de la roca y en los fluidos en su interior, lo que reduce la permeabilidad de la formación. La investigación tiene como objetivo: evaluar propiedades de interacción roca-fluido en un proceso de recuperación mejorada, a escala de laboratorio, con inyección de formulación química, en búsqueda de alternativas para el mejoramiento de la producción de petróleo e incremento del factor de recobro de los yacimientos. Se realizaron ensayos de mojabilidad y caracterización física y química de los fluidos inyectados y los efluentes (sólidos totales disueltos, densidad, conductividad, cloruro, calcio, magnesio y pH) antes y después del contacto con la formación. Sobre la base de determinaciones de densidad, contenido de agua y sedimento, asfaltenos y comportamiento reológico, se realizó la caracterización del crudo del pozo Seboruco y también del agua de capa que fue analizada en cuanto su composición iónica y su clasificación. Tales ensayos indicaron un crudo pesado y seudoplástico y el agua de capa del tipo hidrocarbonada sódica. Los ensayos de interacción roca-fluido evidenciaron cambios significativos en la mojabilidad de la roca, de oleohumectada a acuohumectada. Los análisis de los efluentes corroboraron intercambio iónico en el sistema roca-fluido como son: los incrementos de pH y aumento de contenido de cloruro, calcio y magnesio, obtenido al paso de la formulación, que en alguna forma favorecieron al desplazamiento del crudo en el medio poroso.

ABSTRACT The rock-fluid interaction is associated with formation damage and occurs due to the introduction of foreign fluids that cause chemical and physical imbalances in the rock matrix and in the fluids insides, which reduces the permeability of formation The objective of the research is to evaluate properties of rock-fluid interaction in an improved recovery process. The research is developed on a laboratory scale with injection of chemical formulation, in search of alternatives for the improvement of oil production and the increase of the recovery factor of the reservoirs. Wettability tests and physical-chemical characterization of the injected fluids and effluents (total dissolved solids, density, conductivity, chloride, calcium, magnesium and pH) were carried out before and after contact with the formation. Based on determinations of density, water and sediment content, asphaltenes and rheological behavior, the characterization of the crude oil from the Seboruco well was carried out, as well as the layer water that was analyzed for its ionic composition and its classification. Such tests indicated a heavy and pseudoplastic crude oil, and a sodium hydrocarbonated layer water. The rock-fluid interaction tests showed significant changes in the wettability of the rock, from to oil-wet to water-wet. The analyzes of the effluents corroborated ionic exchange in the rock-fluid system such as: The increases in pH and increased content of chloride, calcium and magnesium obtained during the formulation step, which in some way favored the displacement of crude oil in the porous medium.