Centro Azúcar

Kinetic model for the production of cellulases by a strain of aspergillus niger in solid-state fermentation

En este trabajo se presenta una propuesta de modelo cinético para describir la producción de celulasas en un proceso de fermentación sólida de una cepa de Aspergillus niger. La validación del modelo fue realizada a cinco temperaturas: 20; 25; 30; 35 y 40°C. En la validación fueron identificados los parámetros característicos del modelo haciendo uso de datos dinámicos generados a temperatura constante. Dentro de las variables respuestas descritas por el modelo se encuentran: la concentración de biomasa del hongo expresada como proteína verdadera, las concentraciones de: azúcares reductores, fibra bruta, actividades de PFasa, CMCasa y proteasas en el medio. Para la identificación de los parámetros fue programado el modelo del proceso en MATLAB y el procedimiento de ajuste no lineal de sus parámetros. Los resultados indican que el modelo es perfectamente aplicable para describir la cinética de la producción de celulasas en estas condiciones. Las temperaturas donde se observó una mayor producción de celulasas fueron 30°C y 35°C. Los niveles experimentales de PFasa y CMCasa son significativos pues se alcanzan máximos de PFasa de 60 UI gMS-1 y de CMCasa de 50 UI gMS-1 en un tiempo que oscila entre 24 y 30 horas. Los parámetros identificados se ven fuertemente asociados a la temperatura.

In this work a kinetic model proposal is presented for describing cellulase production in a solid-state fermentation process of an Aspergillus niger strain. The validation of the model was carried out at five temperatures: 20, 25, 30, 35 and 40°C. In the validation the characteristic parameters of the model were identified using a dynamic data generated at constant temperature. The response variables described by the model are: concentration of biomass of fungus measured as true protein, total reducing sugars, crude fiber, FPase activity, CMCase activity and the activity of proteases in the medium. For parameters identification the process model was programmed in MATLAB. The results indicate that the model is perfectly capable describing the cellulase production kinetics under these conditions. The temperatures where cellulase production was higher were 30°C and 35°C. The experimental levels of FPase and CMCase are significant because maxim values of FPase of 60 UI gDW-1 and of CMCase of 50 UI gDW-1 are reached in a fermentation time ranging from 24 to 30 hours. The identified parameters are strongly associated to temperature.

Application of LCA in concrete blocks for the measurement of impacts through the use of natural and recycled aggregates

En este trabajo se muestran los resultados del estudio de los impactos ambientales económicos y sociales de la producción de bloques de hormigón en el taller de Eco-materiales de Manicaragua, área experimental de producciones locales en Villa Clara, que pertenece al proyecto Hábitat. Se utiliza la herramienta Análisis de Ciclo de Vida (ACV) mediante el uso del programa SIMAPRO 7.3. Para la medición de los impactos ambientales se aplica la metodología del Eco indicador 99, y el Análisis de Costos de Ciclo de Vida (CCV) para los económicos. Las unidades funcionales evaluadas son el bloque 10 cm y el bloque 15 cm fabricados con dos alternativas: árido natural y árido reciclado. Los resultados muestran que la producción de bloques de 10 y 15 cm con árido reciclado tienen mayor impacto ambiental debido a que se utiliza más cemento que los fabricados con árido natural, aunque tienen menor impacto en la explotación de las canteras. El efecto económico indica que los bloques con árido reciclado son más económicos en $0,16 para los de 10 cm y en $0,23 para los de 15 cm debido a que disminuyen los costos de transportación y materiales. El impacto social revela que el bloque fabricado con árido reciclado tiende a influir negativamente en la salud, pues utiliza más cemento, pero se logra una producción adicional de dos unidades en el caso de los bloques de 10 cm y tres en los bloques de 15 cm utilizando la misma cantidad de áridos de las canteras.

This paper shows the results of the study of the economic and social environmental impacts of concrete blocks production in Eco-materials workshop in Manicaragua city. This is an experimental area of local production in Villa Clara, which belongs to Habitat project. The Life Cycle Analysis (LCA) tool is used through the use of SIMAPRO 7.3 program. For the measurement of environmental impacts, the Eco indicator 99 methodology is applied, and the Life Cycle Cost Analysis (CCV) for the economic ones. The functional units evaluated are the 10 and 15 cm blocks manufactured with two alternatives: natural aggregate and recycled aggregate. The results show that the production of blocks of 10 and 15 cm with recycled aggregate have a greater environmental impact due to the fact that more cement is used than those made with natural aggregate, although they have less impact on the exploitation of the quarries. The economic effect indicates that the blocks with recycled aggregate are more economical at $ 0.16 for those of 10 cm and $ 0.23 for those of 15 cm because they reduce transportation costs and materials. The social impact reveals that the block manufactured with recycled aggregate tends to have a negative influence on health, since it uses more cement, but an additional production of two units is achieved in the case of the 10 cm blocks and three in the 15 cm blocks using the same amount of aggregates from the quarries.

Preliminary evaluation of the energy potential of different biomasses in the Cienfuegos province

En el trabajo se presenta la metodología utilizada para calcular las potencialidades presentes y futuras del total de residuos por fuente de biomasa desde el punto de vista económico, social, medio ambiental y tecnológico en consecuencia con los principios del desarrollo sostenible. A partir del levantamiento de la biomasa cañera, cafetalera, arrocera, residuos aserraderos, mediante informaciones aportadas por las principales empresas productoras de la provincia de Cienfuegos, fue posible determinar la energía total entregada, así como la cantidad de dióxido de carbono (CO2) dejados de emitir a la atmósfera. Para el caso del bagazo de caña la energía total fue de 4,409E+08 MJ, dejándose de emitir a la atmósfera 137 652,9 t de CO2, para la cachaza a su vez fue de 7,093E+08 MJ, dejándose de emitir 221 423,9 t de CO2. En los residuos del café y arroz estos valores fueron de 4,808E+05 MJ (184 t de CO2) y 6,34E+07MJ (19 868,87 t de CO2) respectivamente. Por último, la energía total para los residuos de aserraderos fue de 4,108E+07 MJ para un total de 2 346,72 t de CO2.

This paper presents the used methodology to calculate the present and future potentials of total biomass wastes, from the economic, social, environmental and technological point of view in accordance with the principles of sustainable development. From the values of sugarcane, coffee, rice, and sawmill wastes, through information provided by the main producing companies in Cienfuegos province, it was possible to determine the total energy delivered, as well as the amount of CO2 emitted into the atmosphere. In the case of the bagasse, the total energy was 4.409E+08 MJ, leaving 137 652.9 t CO2 to emit in the atmosphere. For the filter cake it was 7.093E+08 MJ and 221 423.9 tCO2. In the case of coffee and rice residues these values were 4.808E+05 MJ with 184 tCO2 for coffee and 6.34E+07MJ with 19 868.87 tCO2 for rice, respectively. Finally, the total energy for sawmill waste was 4.108E+07 MJ and 2 346.72 tCO2.

Inventory of atmospheric emissions from fixed sources of combustion in the cuenca-ecuador industrial park

En la actualidad la estimación de las emisiones atmosféricas desde fuentes fijas de combustión es una necesidad en la gestión de la calidad del aire urbano de la ciudad de Cuenca, con la finalidad de disponer de la información del inventario de emisiones que permita determinar el impacto generado al recurso aire, el cual afecta visiblemente a la salud humana y al ecosistema. El objetivo de esta investigación fue cuantificar y estimar las emisiones atmosféricas de los contaminantes más representativos generados en fuentes fijas de procesos de combustión. Para ello se seleccionaron 30 empresas de diferentes sectores económicos y la metodología para la elaboración del inventario se basa en el empleo de factores de emisión y mediante muestreo automático en la fuente. Los resultados muestran que el Dióxido de Azufre (SO2) es el contaminante de mayor porcentaje generado en la Elaboración de papel cartón y otros con un total de 24,01 kg/h; debido a que la empresa que conforma este rubro emplea combustible con una alta proporción de azufre y labora continuamente los 7 días de la semana; el contaminante que se emite en menor cantidad es el Monóxido de Carbono (CO) generado mayoritariamente por el rubro Metalmecánica con un total de 7,52kg/h, y referente a los Óxidos de nitrógeno (NOx) la mayor carga contaminante corresponde al rubro Fabricación de cerámica, tubos y productos galvanizados con un total de 13,83kg/h, lo cual es atribuido al número de fuentes de combustión.

The estimation of atmospheric emissions from fixed sources of combustion is currently a necessity in the management of the urban air quality of the Cuenca city. It is extremely important to have the information of the inventory of emissions, which allows to determine the impact generated in the air, which visibly affects human health and ecosystem. The objective of this research was to quantify and estimate the atmospheric emissions of the most representative pollutants generated in fixed sources of combustion processes. For this purpose, 30 companies from different economic sectors were selected; the methodology for the preparation of the inventory is based on the use of emission factors and automatic sampling at the source. The results show that sulphur dioxide (SO2) generated by paperboard elaboration and others, is the highest pollutant, with a total of 24.01kg / h. This amount is produced because the company which elaborates this item uses fuel with a high proportion of sulphur, and works continually the 7 days a week; the pollutant emitted in less quantity is the carbon monoxide (CO) generated mainly by the metalworking sector with a total of 7,52kg / h. Referring to the nitrogen oxides (NOx), the highest pollutant corresponds to the Production of ceramics, pipes and galvanized products with a total of 13,83kg / h, which is attributed to the use of different sources of combustion.

Improvement of the malting process of sorghum udg-110 in the preparation of drinks for celiac sick

En el presente trabajo se estudia el proceso de perfeccionamiento del malteado de sorgo UDG-110, en la elaboración de bebidas para enfermos celíacos, agregando compuestos químicos con vistas a mejorar el poder diastásico de la malta. El estudio fue extendido al análisis de las variables que más influyen en el mismo, como es la adición de un reactivo químico y el tiempo de remojo, en niveles de 0,1 y 0,4% p/p y de 12 y 36 h, respectivamente, manteniendo fijo el tiempo de germinación en 72 h en un primer estudio y continuar acotando las variables en un segundo y tercer análisis en la determinación de las mejores condiciones del proceso de malteo del grano; en el último análisis, las variables fueron concentración de NaOH en menores niveles de 0,01 y 0,05 % p/p, tiempo de remojo en 12 y 36 h, manteniendo fijo el tiempo de germinación pero en 54 horas. Se aplicó diseño de experimentos factorial compuesto central rotatorio 2k con puntos centrales. Se tomaron como variables respuestas el porcentaje de humedad alcanzada en el remojo, porcentaje de germinación, contenido de extracto, poder diastásico y pérdidas en el malteado. Los resultados indican que la incorporación de un agente químico en el remojo favorece el proceso de malteado del sorgo UDG-110, pero a bajas concentraciones de 0,03% p/p, dentro de los niveles estudiados de 0,01-0,5%, tiempos de remojo de 24 horas y tiempo de germinación de 60 horas.

In this paper the process of improving the malting of sorghum UDG-110 is studied in the manufacture of beverages for celiac patients with adding chemicals in order to improve the malt diastatic power. The study was extended to the analysis of variables that most influence have in it, as the addition of a chemical reagent and the soaking time in levels of 0.1 and 0.4% w/w of 12 and 36 h respectively, keeping fixed the germination time in 72 h in a first study and continue delimiting the variables in a second and third analysis to determine the best conditions in the process of malting grain. In the last analysis, the variables were NaOH concentration in low levels of 0.01 to 0.05% w/w and soaking time at 12 and 36 hours, keeping fixed the germination time but in 54 h. Factorial design experiments central composite rotary 2k with central points was applied determining the moisture percent that was achieved in the soaking, germination percent, extract content, losses of malting and diastatic power as responses variables. The results indicate that the addition of a chemical agent in the soaking improves the malting process of the sorghum UDG-110, but at concentrations of 0.03% within the ranges utilized through the study of 0.01-0.5%, soaking time of 24 h and germination time of 60 h.

Evaluation of the sustainability of the raw sugar production using emergy analysis

En el presente trabajo se evalúa la sostenibilidad del proceso de producción de azúcar crudo a partir de la caña de azúcar en la UEB Fábrica de Azúcar "14 de Julio". Para ello se utilizó la Metodología Emergética desarrollada por el ecólogo norteamericano Howard T. Odum. Se determinó que el 51,44 % de la emergía del proceso proviene de la economía y que el 48,56 % de los recursos naturales. El índice de sostenibilidad emergética (ESI) calculado fue 1,12 que indica que el proceso no es sostenible a largo plazo, pero sí contribuye moderadamente a la economía. La evaluación permitió conocer las transformidades de los principales productos de la fábrica siendo: 1,2328 E+08 seJ/J para el azúcar crudo y 1,2391 E+07 seJ/J para la electricidad. Se determinó además la emergía específica de otros co-produtos importantes como son: 9,5501 E+09 seJ/g para el bagazo, 1,5957 E+10 seJ/g para la miel final y 1,7756 E+10 seJ/g para la cachaza lo que es significativo para posteriores estudios en la industria de derivados. Estos resultados indican que el sistema debe ser reestructurado para mejorar su eficiencia y permitir un mayor aprovechamiento de los recursos. Por ello se identificaron posibles alternativas que pueden contribuir a un mejor desempeño del sistema.

The sustainability of the production process of raw sugar from sugar cane in the UEB Fábrica de Azúcar "14 de Julio" is evaluated in present work. To accomplish this the Emergy Methodology developed by the American ecologist Howard T. Odum was used. It was determined that 51.44 % of the emergy of the process comes from the economy and 48.56 % from natural resources. The Emergy Sustainability Index (ESI) calculated was 1.12 which indicates that the process is not sustainable long range however it contributes moderately to the economy. The assessment allowed to know the main factory products transformities which are: 1.2328 E+08 seJ/J for the raw sugar and 1.2391 E+07 seJ/J for the electricity. Also, it was determined the specific emergy of other important co-products which are: 9.5501 E+09 seJ/g for the bagasse, 1.5957 E+10 seJ/g for the molasses and 1.7756 E+10 seJ/g for the filter cake which is meaningful for the subsequent studies in the industry of derivatives. These results indicate that the system should be reorganized to improve its efficiency and allow a better resources exploitation. Thats why possible alternatives which may contribute to a better performance of the system were identified.

Aluminum hydroxide nanoparticles with bayerite structure in a citric acid production process

La investigación evalúa la factibilidad del empleo de nanopartículas de hidróxido de aluminio (NHA) con estructura de bayerita en la etapa de separación de un proceso de producción de ácido cítrico (AC). Se estudiaron condiciones de equilibrio en base a isotermas de adsorción previamente reportadas por los autores para determinar puntos operacionales favorables que permitieron desarrollar una etapa de proceso de Adsorción por Cambio de Temperatura (ACT). Las NHA obtenidas a escala de laboratorio demostraron una capacidad de adsorción de AC de 95,77% a 60 ºC si se emplea una relación concentración adsorbato/adsorbente de 2,566 y 80,0% si se evalúa a 30ºC, siendo esta la mayor diferencia encontrada entre esas temperaturas de trabajo. Estas dos condiciones orientaron el diseño de una operación de contacto sólido-líquido hacia un ciclo ACT, dimensionándose los equipos necesarios para esta etapa de proceso. La inversión necesaria para su introducción en un proceso de producción de 5000 t AC/año se estimó en 229.636,70 USD. La alternativa propuesta demostró ser económicamente factible y superior en varios aspectos a los procesos de producción industrial de ACreportados, disminuyendo los costos de inversión, los rendimientos de la etapa y el vertimiento de residuos.

The aim of the investigation is to evaluate the feasibility of the use of aluminum hydroxide nanoparticles (NHA) with bayerite structure in the separation stage of a citric acid (AC) production process. equilibrium conditions were studied based on adsorption isotherms previously reported by the authors, to determine favorable operational points that allowed to develop a process step of Adsorption by Temperature Change (ACT). The NHA obtained on laboratory scale demonstrated an AC adsorption capacity of 95.77% at 60 °C if an adsorbate / adsorbent concentration ratio of 2.566 and 80.0% if 30 °C was used, this being the greatest difference found between those working temperatures. These two conditions oriented the design from a solid-liquid contact operation towards an ACT cycle, dimensioning the necessary equipment for this stage of the process. The investment required for its introduction into a production process of 5000 t AC / year was estimated at 229636.70 USD. The proposed alternative proved to be economically feasible and superior in several aspects to the reported industrial production processes of CA, reducing investment costs, stage yields and waste amounts.

Proposal of cleaner production measures for the dyeing process in the textile "Desembarco del Granma"

El presente trabajo se desarrolló en la sección de teñido de la Unidad Básica "Desembarco del Granma". Esta investigación persiguió proponer medidas de producciones más limpias en el teñido del tejido poliéster-algodón. Se aplicó la metodología del Análisis de Ciclo de Vida y el programa SimaPro V.8.0 que constituyeron una herramienta útil para la evaluación de indicadores ambientales relevante de rendimiento en el proceso textil. Se cuantificó el impacto sobre el medio ambiente de productos químicos y otros recursos empleados. Al aplicar el método ReCiPe se determinó que, en la categoría de daños, los recursos resultaron los más impactados, donde el consumo de combustible fósil y el agua tienen un papel primordial. Se realizaron los procesos de igualación de color con el empleo del equipo color matching. Las recetas obtenidas cuando se le añade carbonato de sodio a los colorantes dispersos resultaron igualadas más fácilmente que las que no tenían esta sustancia química presente en el momento de igualar el disperso. Al realizar el teñido a escala industrial con las recetas optimizadas se ahorraron $ 0,17/ m de tela teñida; lo que equivale a dejar de gastar 9713,52 $/año. Para disminuir del impacto ambiental de la quema de combustible fósil se propuso el empleo del aditivo ADI3TEK. Pudieran ahorrarse 117,51 $/año si se reponen los aislamientos deteriorados. La ejecución del método ReCiPe permitió corroborar los beneficios obtenidos al aplicar las recetas optimizadas para el teñido del tejido poliéster- algodón en un baño.

The present work was developed in the dyeing section of the Basic Unit "Desembarco del Granma". The aim of this research was to propose actions of cleaner productions in the dyeing of polyester-cotton fabric. The Life Cycle Assessment methodology and the SimaPro V.8.0 software were applied. The impact on the environment of chemicals and other used resources was quantified. In applying the ReCiPe method, it was determined that, in the category of damages, the resources were the most impacted, where fossil fuel consumption and water have a primordial role. Color matching processes were performed using color matching equipment. The recipes obtained when sodium carbonate was added to the disperse dyes were more easily equated than those that did not have this chemical present at the time of equalizing the dispersion. Performing dyeing on an industrial scale with the optimized recipes saved $ 224.85; which is equivalent to spending 9713.52 $/year. To reduce the environmental impact of the burning of fossil fuel, the ADI3TEK additive was proposed. It could be saved 117.51 $/year if deteriorated insulation is replaced. The implementation of the ReCiPe method allowed to corroborate the benefits obtained by applying the optimized recipes for the dyeing of polyester-cotton fabric in a bath.

Determination of reaction conditions and kinetics in cassava starch acetyllation

El objetivo del trabajo es explorar experimentalmente las condiciones de reacción para la acetilación de almidón de yuca en medio básico acuoso con anhídrido acético como agente esterificante, partiendo de almidón nativo y pregelatinizado de yuca y la expresión cinética completa cuando el material de partida es almidón pregelatinizado con fines de diseño y evaluación del reactor. Se determinó que para alcanzar un comportamiento funcional adecuado en el producto final, las mejores condiciones se alcanzan partiendo de almidón pregelatinizado en suspensión acuosa a concentración del 10 % p/v, a una relación molar anhídrido/unidad de anhidro glucosa igual o superior a 0,86 y a 40 °C, sin gelatinización a la concentración referida. Las variables que mayor influencia ejercen en la acetilación son el tipo de almidón, la relación molar en la alimentación y la temperatura en ese orden. Las interacciones entre las variables consideradas tienen efecto significativo y positivo. La cinética es de primer orden respecto al almidón pregelatinizado activo y al anhídrido y de segundo orden global. Las constantes cinéticas a las temperaturas de trabajo resultaron en K1, 25°C = 0,0061 L/mol min y K1, 40°C = 0,0213 L/mol min. La energía de activación y el factor de frecuencia para esta reacción resultaron en: E1= 10113,5 J/mol y K01= 0,17 L/mol min. El tamaño del reactor de acetilación se minimiza cuando se incrementan la concentración inicial de anhídrido y la temperatura.

The aim of the work is to experimentally determine the best reaction conditions for acetylation of cassava starch in aqueous basic medium with acetic anhydride as esterifying agent, starting from native and pregelatinized cassava starch and the full kinetic expression when the starting material is pregelatinized starch for the reactor design and evaluation. It was determined that, in order to achieve an adequate functional behavior in the final product, the best conditions are achieved starting from pregelatinized starch in aqueous suspension at concentration of 10 % w/v, with a molar anhydrous/glucose anhydrous unit ratio of 0,5 or higher at 40°C, without gelatinization at the above mentioned concentration. The variables that have the greatest influence are the type of starch, the molar ratio in feeding and the temperature in that order. The interactions between the variables considered have significant and positive effects. The kinetic is of the first order with respect to the active pre-gelatinized starch and to the anhydride and of the second global order. The kinetic constants at fixed temperatures resulted in K1, 25°C = 0.0061 L/mol min and K 1, 40°C = 0.0213 L/mol min. The activation energy and frequency factor for this reaction resulted in: E1= 10113.5 J/mol and K01= 0.17 L/mol min. The acetylation reactor size is minimized when the initial concentration of anhydride and temperature are increased.