Centro Azúcar

CHEESE BOWL PROCESS ANALYSIS USING PARTIAL MINIMUM SQUARES METHOD

RESUMEN Introducción: Un parámetro importante en la producción quesera es el rendimiento del proceso, que depende de las condiciones de operación, por lo que pueden establecerse alternativas de mejoras si se conoce la interacción entre las variables que intervienen en el mismo. Objetivo: El objetivo principal fue establecer la relación funcional entre el rendimiento en la cuba quesera y los parámetros de operación mediante el método de los Mínimos Cuadrados Parciales. Materiales y Métodos: Se aplicó el Análisis de Clúster para determinar la interrelación entre el rendimiento en la cuba quesera y 16 variables del proceso, así como el método de Componentes Principales y de los Mínimos Cuadrados Parciales para establecer relaciones cuantitativas entre las mismas variables mediante el programa estadístico Statgraphics Centurion XV. Resultados y Discusión: En el análisis multivariado se obtuvo un modelo matemático de alta significación estadística para los rendimientos respecto a la masa de leche, evaluando mediante la simulación alternativas en las condiciones de operación. Como resultado de simular el proceso con la función que emplea las variables no estandarizadas se obtuvo que se podía alcanzar un rendimiento de 12,02%. Conclusiones: El modelo de regresión por Mínimos Cuadrados Parciales posee un Error Cuadrático de Predicción igual a 5,00x10-4, lo que indica la posibilidad de su empleo para simular esta etapa. Al trabajar bajo las condiciones de operación más favorables se puede lograr un efecto económico de 1600,00 CUP adicionales en una producción.

ABSTRACT Introduction: Process yield is an important parameter in cheese production, it depends of operating conditions, for that reason improvement alternatives can be established if the interaction among the involved variables are known. Objective: To establish the functional relation among cheese yield and operation parameters using Partial Minimum Squares method. Materials and Methods: Cluster Analysis was used to determine the interrelations among cheese yield and sixteen process variables, thus Principal Component and Partial Minimum Squares methods were applied to establish quantitative relationships between the same parameters using Statgraphics Centurion XV statistical program. Results and Discussion: In e multivariate analysis, a mathematical model with a high statistical signification was obtained for yields respect milk mass, and alternatives in operating conditions were evaluated using simulation methods. As result of process simulation with non-standardized variables function a yield of 12.02% could be reach in this process. Conclusions: A regression model by Partial Minimum Square has a Predictive Quadratic Error of 5.00x10-4, indicating its possibility of use in this step simulation. It can be achieve an additional economic effect of 1600.00 CUP for each production, working under the best operation conditions.

ESTIMATION OF THE ENERGY POTENTIAL OF CORN COB OF LOS RÍOS AND GUAYAS PROVINCES, ECUADOR

RESUMEN Introducción: En el Ecuador la producción nacional de maíz supera el millón de toneladas métricas, siendo las provincias de Los Ríos y Guayas las de mayor producción, en ellas se concentran casi el 60 % de las áreas cosechadas y el 75 % de la producción. Durante el proceso de cosecha y separación de granos de maíz se obtienen residuos tales como tusas, hojas, raíces y tallos. De todos estos residuos, la tusa no tiene un valor de uso y es importante valorar sus potencialidades como combustible energético. Objetivo: En el presente se realiza una estimación del potencial energético de la tusa (Giga Joule/hectárea o kWh/ha) en las provincias de Los Ríos y Guayas. Materiales y Métodos: La metodología empleada consiste en la evaluación experimental de los coeficientes y volúmenes de residuos generados y la caracterización energética de la tusa como combustible para evaluar su poder calorífico. Resultados y Discusión: Como resultado se obtuvo que en las provincias de Los Ríos y Guayas durante la cosecha de maíz se generan 0,186 ton de tusas/ton de maíz con un potencial de 15,72 GJ/ha por cosecha. Conclusiones: En las provincias de Los Ríos y Guayas la cosecha de maíz genera 0,741 ton de tallos/ton de maíz, 0,277 ton de raíces/ton de maíz, 0,461 ton de hojas/ton de maíz y 0,186 ton de tusas/ton de maíz, para un total de 1,992 ton de residuos/ton de maíz. El potencial energético de la tusa en es de 15,72 GJ/ha por cosecha.

ABSTRACT Introduction: Corn national production in Ecuador exceeds one million metric tons, Los Ríos and Guayas provinces have highest production where almost 60% of the harvested areas and 75% of the production are being concentrated. During harvesting process and corn grains separating, residues such as corn cobs, leaves, roots and stems are obtained. Of all these wastes corn cob does not have a use value and it is important to assess its potential as energy fuel. Objective: To carry out an estimation of corn cobs energetic potential in Los Ríos and Guayas provinces Materials and Methods: The used methodology consists in an experimental evaluation of coefficients (relation between residue and grain weight) and volumes of generated waste. The energy characterization of corn cobs as fuel were done, and its calorific value was evaluated. Results and Discussion: It was obtained that in Los Ríos and Guayas provinces, during corn harvest, 0.186 corn cobs tons / corn ton are generated, with an energy potential of 15.72 GJ/ha in each harvest. Conclusions: In Los Ríos and Guayas provinces, the corn harvest generates 0.741 stalks tons/ton of corn, 0.277 roots tons/corn ton, 0.461 leaves tons/corn tons and 0.186 corn cobs tons/corn tons, for 1.992 waste tons/corn ton. The corn cobs energy potential is 15.72 GJ/ha per harvest.

ENERGY AND EXERGETIC ANALYSIS OF A GAS CYCLE IN ASPEN PLUS

RESUMEN Introducción: La implementación de ciclos de gas que operen con biogás producido a partir del tratamiento anaerobio de vinazas, constituye una vía para expandir la matriz de las fuentes de energías renovables en Cuba. El estudio de alternativas que hagan más eficiente la operación de dicha tecnología es de vital importancia. Objetivo: Analizar energética y exergéticamente un ciclo de gas que opera con biogás. Materiales y Métodos: Se hace uso del simulador ASPEN Plus v10.0 para modelar el ciclo de gas. Se calcularon las eficiencias energéticas y exergéticas del ciclo de gas a distintas condiciones de exceso de aire (EA: 0-170%) y relación de compresión (RC: 10-18). Resultados y Discusión: En la condición de operación (EA: 110%, RC: 16) la eficiencia energética y exergética del ciclo fue de 32% y 54% respectivamente. Las mayores pérdidas exergéticas se obtuvieron en la cámara de combustión. La eficiencia exergética de la cámara de combustión aumentó de 69% a 73% al recalentar el aire comprimido con los gases de escape, incrementando a su vez la eficiencia energética y exergética del ciclo a 37% y 55% respectivamente. Conclusiones: El incremento del exceso de aire disminuye la eficiencia energética y exergética del ciclo ya que disminuye la temperatura media de aportación de calor. Un aumento de la relación de compresión y/o recalentamiento del aire comprimido disminuyen la destrucción exergética en la cámara de combustión por disminución de la generación de entropía y a su vez se incrementa la eficiencia energética y exergética del ciclo.

ABSTRACT Introduction: Application of gas cycles operating with biogas produced from vinasses anaerobic treatment, is a way to expand the renewable energies matrix in Cuba. The study of alternatives to make this operation technology more efficient has great importance. Objective: To analyze energetically and exergetically a gas cycle operating with biogas. Materials and Methods: Process simulator Aspen Plus v10.0 was used to model gas cycle. Gas cycle energy and exergetic efficiencies at excess air different conditions (EA: 0-170%) and compression ratio (RC: 10-18) were calculated. Results and Discussion: For operating condition (EA: 110%, RC: 16) cycle energy and exergy efficiency were 32% and 54% respectively. Regarding exergy losses, the highest value corresponded to combustion chamber. Combustion chamber exergy efficiency increased from 69% to 73% by reheating compressed air with exhaust gases, increasing besides cycle energy and exergy efficiency to 37% and 55% respectively. Conclusions: An increase in excess air decreases cycle energy and exergy efficiencies because average heat input temperature decreases. An increase in compression and/or overheating ratio of compressed air decreases exergetic destruction in combustion chamber by decreasing the entropy generation and increases cycle energy and exergy efficiency.

STUDY OF HEATING AND COOLING EFFECT IN BOTTLE DURING BEER PASTEURIZATION

RESUMEN Introducción: En la simulación del proceso de pasteurización de la cerveza, es común no considerar el espesor del contenedor. Obviar esto es válido para el caso de la cerveza enlatada, pero cuando se encuentra embotellada esta consideración no es correcta. Objetivo: Este trabajo tiene como objetivo realizar el estudio del calentamiento y enfriamiento del vidrio durante el proceso de pasteurización de la cerveza embotellada, utilizando el software COMSOL MULTIPHISICS v 5.1 para la simulación, basado en el método de los elementos finitos. Materiales y Métodos: El sistema a modelar está formado por la botella que contiene la cerveza a pasteurizar, que transita a través de las zonas del túnel, y el agua que se suministra a través de las duchas dispuestas en cada zona para tal efecto. El modelo está basado en el balance de energía para el sólido en estado no estacionario. Resultados y Discusión: Se presentan los cambios de temperatura durante el calentamiento y el enfriamiento del vidrio, y se analizan los tiempos requeridos para que el material alcance la temperatura del agente calefactor (agua), en cada caso. Conclusiones: El estudio realizado indica la necesidad de considerar un tiempo tanto en el calentamiento como en el enfriamiento. Los resultados encontrados demuestran que no se debe omitir este tipo de análisis en procesos similares.

ABSTRACT Introduction: In beer pasteurization process simulation, is not common to consider container thickness. To obviate this is valid for canned beer case, but when beer is bottled this consideration is not correct. Objective: To study glass heating and cooling during bottled beer pasteurization process, using COMSOL MULTIPHISICS v 5.1 simulation software, based on finite element method Materials and Methods: The system to be modeled is formed by bottle containing the beer to be pasteurized, which transits through tunnel areas, and water that is supplied through the showers arranged in each zone for this purpose. Model is based on energy balance for a solid in a non-stationary state. Results and Discussion: Temperature changes are presented during glass heating and cooling. The required times to material take heating agent (water) temperature, in each case, are analyzed. Conclusions: Realized study indicates the need to consider a time during heating and cooling. The results demonstrate that this type of analysis should not be omitted in similar processes.

THERMOGRAVIMETRIC DECOMPOSITION OF SOLID TOMATO WASTES: CONVERSION AND ACTIVATION ENERGY

RESUMEN Introducción: En la fábrica de conservas “La Conchita” se generan anualmente alrededor de 83,27 t de residuos sólidos, que pueden tener aplicaciones energéticas como la pirólisis. Objetivo: Determinar la conversión y parámetros cinéticos del proceso. Materiales y Métodos: Para analizar todos los resultados se utilizó el software Design-Expert® Versión 7, utilizando un grado de significación del 95 %. A la muestra se le realizó el análisis inmediato, a partir de los mismos se predice el análisis elemental y se calculó el poder calórico superior, obteniéndose 16 553 kJ/kg. Resultados y Discusión: En los experimentos dinámicos se obtuvo que el 80 % de la descomposición térmica se produce fundamentalmente entre los 250 ºC y 450 ºC y la tasa máxima de pérdida de peso en la pirólisis ocurre entre 310 ºC y 350 ºC. Debido a la influencia no significativa de los factores sobre la conversión, se puede tomar un valor medio de 79,31 %. La energía de activación media es 236,62 kJ/mol, la cual alcanza los mayores valores en las zonas de mayor descomposición y el factor de frecuencia varía de 182 s-1 a 547 s-1. Conclusiones: El 80 % de la descomposición térmica ocurre entre los 250 ºC y 450 ºC y la conversión, toma un valor medio de 79,31 %, con una energía de activación media de 236,62 kJ/mol toma un valor medio de 79,31 %, con una energía de activación media de 236,62 kJ/mol y el factor de frecuencia varía de 182 s-1 a 547 s-1.

ABSTRACT Introduction: In "La Conchita" Cannery are generated annually around 83.27 tonnes of solid waste, which can have energy applications such as pyrolysis. Objective: To obtain process conversion and kinetic parameters. Materials and Methods: Design-Expert® Version 7 software was used to analyze all results, using a significance level of 95 %. The sample was analyzed by proximate analysis, predicting elemental analysis. Higher heating value was calculated, obtaining a value of 16 553 kJ/kg. Results and Discussion: From dynamic experiments, 80 % of thermal decomposition occurs mainly between 250 ºC and 450 ºC. Maximum weight loss rate in pyrolysis occurs between 310 ºC and 350 ºC. A conversion average value of 79.31 % was taken due to non-significant factors influence. Average activation energy is 236.62 kJ/mol, which reaches the highest values in the range of greatest decomposition. Frequency factor varies from 182 s-1 to 547 s-1. Conclusions: The 80 % of thermal decomposition occurs between 250 ºC and 450 ºC. The average value of conversion is 79.31 % and average activation energy is 236.62 kJ/mol. Frequency factor varies from 182 s-1 to 547 s-1.

CONTAMINANTS IN GAS AND LIQUID PHASE SIMULTANEOUS ELIMINATION BY BIOFILTRATION

RESUMEN Introducción: La biofiltración de gases sobre lecho fijo orgánico funciona como filtro natural con alta porosidad y propiedades de sorción. Por una parte, retiene los contaminantes por procesos físico químicos y por otra sirve de soporte para el crecimiento de microorganismos degradadores. La aplicación de mezclas complejas como lodos activos para inoculación de biofiltros, resulta más conveniente que el empleo de especies aisladas. Con ello se garantiza un medio de cultivo favorable para el desarrollo de microorganismos, que cierran los ciclos biogeoquímicos de elementos como azufre, carbono, nitrógeno y fósforo. Sin embargo, pueden surgir problemas en cuanto a las regulaciones para el vertimiento del efluente a fin de preservar la calidad de las aguas terrestres receptoras. Objetivo: Evaluar la calidad del efluente residual de un sistema de tratamiento biológico de gas natural Materiales y Métodos: Para ello se determinaron parámetros químicos y microbiológicos según normas (APHA-AWWA-WEF, 2005) e ISO. Resultados y Discusión: Se demostró que existe un crecimiento de bacterias y hongos degradadores de H2S(g) del gas natural de 6,0·108 UFC.mL-1; y se corroboró que existe un aumento gradual de la concentración de sulfato de 20,4 a 867,51 mg.L-1, como producto de esa degradación. Conclusiones: Se observó una fuerte correlación entre el desarrollo bacteriano y la disminución del contenido de nitrógeno en el sistema y fue posible remover en el efluente otros indicadores de contaminación tales como coliformes fecales, DQO, DBO y sólidos sedimentables, con el fin de mejorar la calidad del vertimiento.

ABSTRACT Introduction: Gas biofiltration in an organic fixed bed works as a natural filter with high porosity and sorption properties. It retains contaminants by physical-chemical processes and on the other hand, it supports the growth of degrading microorganisms. Complex mixtures such as active sludge application for biofilters inoculation is more convenient than the isolated species use. This guarantees a favorable culture medium for microorganisms development, which close biogeochemical cycles of elements such as sulfur, carbon, nitrogen and phosphorus. However, problems may arise with regard to effluent discharge regulations in order to preserve quality of receiving ground waters. Objective: To evaluate the quality of a residual effluent from biological treatment system of natural gas. Materials and Methods: Chemical and microbiological parameters were determined according to the (APHA-AWWA-WEF, 2005) and ISO standards. Results and Discussion: It was demonstrated that there is a growth of bacteria and fungi degraders of H2S (g) of natural gas of 6.0·108 CFU.mL-1; and it was corroborated that there is a gradual increase in sulphate concentration from 20.4 to 867.51 mg.L-1, as a result of this degradation Conclusions: A strong correlation between the bacterial development and the decrease of nitrogen content in the system was observed; and it was possible to remove other pollution indicators as fecal coliforms, COD, BOD and sedimentable solids in effluent, in order to improve discharge quality.

SOLID WASTE TREATMENT ALTERNATIVES FOR TOURISM ACTIVITIES EVALUATION USING LIFE CYCLE ANALYSIS

RESUMEN Introducción: La actividad turística genera residuos que impactan sobre el medio ambiente. Entre estos, ocupan un por ciento importante los clasificados como residuos sólidos urbanos. En el caso de las zonas costeras con actividad turística, el manejo integral de los residuos generados por la actividad humana y los fenómenos naturales, requieren de un eficiente sistema de gestión. Objetivo: El objetivo del trabajo es la evaluación de los impactos negativos asociados al actual sistema de gestión de los residuos generados en una zona turística y la valoración de lasmalternativas de tratamiento empleando el Análisis de Ciclo de Vida. Materiales y métodos: El Análisis de Ciclo de Vida utilizando el Eco indicador 99 y diseñar el vertedero utilizando las normas de vertimientos de los residuos sólidos vigentes en la República de Cuba. Resultados y Discusión: Los resultados del análisis demostraron la disminución de los impactos ambientales y la reducción tanto de la carga contaminante como de los impactos asociados a la gestión de los residuos sólidos. La clasificación y reúso de materiales en la planta de trasferencia, logra disminuir la cantidad de residuos a disponer en el vertedero, a la vez que se generan ganancias económicas. Conclusiones: El Sistema de Gestión de la zona turística después de implementadas las alternativas, muestran disminución en todas las categorías de impactos. Los cálculos económicos, del sistema de gestión propuesto arrojaron ganancias de $ 1 624 462,11 en un año y un período de recuperación de la inversión de 0,35 años.

ABSTRACT Introduction: Tourist activity generates wastes that impact the environment. Among these, the classified as urban solid wastes occupy an important percentage. In coastal areas with tourist activity case, the integral management of wastes generated by human activity and natural phenomena, requires an efficient management system. Objective: To evaluate the impacts associated with current solid wastes management system generated in a tourist area, as well as treatment alternatives evaluation using Life Cycle Analysis. Materials and Methods: The Life Cycle Analysis using Eco indicator 99 and the landfill design using the Republic of Cuba´s regulations for solid waste dumping. Results and Discussion: The results of analysis demonstrate the environmental impacts reduction, the pollutant load reduction and the impacts associated with solid waste management. classification and reuse of materials in transfer plant, reduces the amount of waste to be disposed in the landfill, while generating economic gains. Conclusions: The tourist zone management system after implementing the alternatives, show a decrease in all impacts categories. Proposed management system economic calculations yielded earnings of $ 1 624 462.11 per year and a period of investment recovery of 0.35 years.

EVALUATION OF GAS FRACTIONATION IN THE REFINERÍA CIENFUEGOS S.A SUSTAINABILITY THROUGH EMERGY ANALYSIS

RESUMEN Introducción: En la unidad de fraccionamiento de gases de la refinería de Cienfuegos se realiza la producción del Gas Licuado del Petróleo y de Nafta Virgen Ligera Estable con la mayor calidad posible. Sin embargo, el residual de este proceso aún no tiene el tratamiento adecuado por lo que no se cumplen las normas de vertimiento de residuales. Objetivo: Esta investigación tiene como objetivo evaluar la sostenibilidad del proceso de la unidad de fraccionamiento de gases en Refinería Cienfuegos S.A mediante un análisis emergético. Materiales y métodos: Durante el desarrollo de la investigación se aplicó la metodología emergética desarrollada por (Odum, 1996) realizándole algunas adecuaciones. Resultados y Discusión: Como resultado se determinó que el 57,75 % del proceso de fraccionamiento depende de materiales de la economía y el 42,25 % se sustenta en los recursos naturales. Se cuantificó la transformidad del GLP (como 1,4984E+13 seJ/J) y la de NVLE (como a 9,0531E+12 seJ/J) demostrándose con estos resultados una correcta remoción de los productos de azufre; esta particularización para el sistema de fraccionamiento tiene especial relevancia para la replicación de estudios emergéticos en procesos similares de este tipo en el país. El índice de sostenibilidad emergética (ESI) calculado fue 1,21 que indica que el proceso no es sostenible a largo plazo, pero sí contribuye al desarrollo local. Conclusiones: Por consiguiente, el sistema debe ser reestructurado para mejorar su eficiencia y permitir un aprovechamiento eficaz de los recursos, además de proponer posibles alternativas que pueden contribuir a un mejor desempeño del sistema.

ABSTRACT Introduction: In the gas fractionation unit of Cienfuegos refinery, the production of Liquefied Petroleum Gas and Stable Light Virgin Naphtha are produced with the highest possible quality. However, this process residual does not have the appropriate treatment yet, so waste disposal regulations are not met. Objetive: To evaluate the sustainability of gas fractionation unit process at Refinería Cienfuegos S.A through an emergent analysis. Materials y Methods: During the research development, the emergy methodology developed by (Odum, 1996) was applied making it some adjustments Results y Discussion: It was determined that 57.75 % of fractionation process depends on economy materials and 42.25% is based on natural resources. The transformability of LPG (such as 1.4984 E+13 seJ/J) and that of NVLE (such as 9.0531 E+12 seJ/J) was quantified, demonstrating with these results a sulfur products correct removal; this fractionation system particularization has special relevance for emergy studies replication in similar processes in the country. The index of emergent sustainability (ESI) calculated was 1.21 which indicates that the process is not sustainable in the long term, but it contribute to local development. Conclusions: Therefore, the system must be restructured to improve its efficiency and allow efficient resources use, in addition to proposing possible alternatives that can contribute to better system performance.

PROCESS DESIGN TO OBTAINING CITRIC ACID FROM THE SUGARCANE BAGASSE AVAILABLE IN PASTAZA, ECUADOR

RESUMEN Introducción: La industria ecuatoriana consume grandes cantidades de ácido cítrico. Este producto es utilizado como conservante y antioxidante natural. Dentro de las materias primas que se pueden utilizar está el bagazo y en la provincia de Pastaza existe disponibilidad de este residuo que se obtiene de la fabricación artesanal de panela y no es aprovechado. Objetivo: Diseñar el proceso tecnológico para la obtención de ácido cítrico a partir del bagazo de caña disponible en la provincia de Pastaza. Materiales y Métodos: Se utilizó un procedimiento para el diseño del proceso y la herramienta informática SuperPro Designer para simular cuatro cantidades de consumo de bagazo para el proceso tecnológico seleccionado, que comprende el acondicionamiento, pretratamiento, fermentación sólida, separación y purificación. Resultados y Discusión: Considerando las posibles capacidades de la planta con respecto al consumo de materia prima se obtuvo que si se consumen 68,35 t/d el Valor Actual Neto es positivo. Por lo tanto, a partir de esa capacidad se pueden generar ganancias. Los residuos generados en la producción de ácido cítrico son yeso, biomasa, lignina, hidrolasas y emisiones de CO2. Estos se destinan para la producción de nuevos productos o energías para reducir el impacto ambiental. Conclusiones: Se diseñó el proceso tecnológico para la obtención de ácido cítrico en la provincia de Pastaza, del cual se realizó el análisis económico de las capacidades de 60, 72, 84 y 96 toneladas de bagazo teniendo como resultado un VAN de -3 021 000, 1 217 000, 5 827 000 y 10 576 000 USD respectivamente, lo que permitió encontrar una ecuación que predijo el comportamiento del VAN.

ABSTRACT Introduction: The Ecuadorian industry consumes large amounts of citric acid. This product is used as a preservative and natural antioxidant. Among the raw materials that can be used is bagasse. There is availability of this residue in Pastaza province that is obtained from the panela handmade manufacture is not used. Objective: Design a technological process for obtaining citric acid from sugar cane bagasse available in Pastaza province. Materials and Methods: A procedure was used for process design and SuperPro Designer software tool to simulate four quantities of bagasse consumption for the selected technological process that includes conditioning, pretreatment, solid fermentation, separation and purification. Results and Discussion: Considering the possible plant capacities with respect to the raw material consumption, it was obtained that if 68.35 t/day are consumed, the Net Present Value is positive. Therefore, from that capacity profits can be generated. The wastes generated in citric acid production are gypsum, biomass, lignin, hydrolases and CO2 emissions. These are intended for new products or energy production in order to reduce the environmental impact. Conclusions: The economic analysis for capacities of 60, 72, 84 and 96 tons of bagasse carried out for citric acid technological process designed in Pastaza province, resulting in a NPV of -3 021 000, 1 217 000, 5 827 000 and 10 576 000 USD respectively, which allowed to find an equation that predicted NPV behavior.