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Análisis de estabilidad del reactor PFTR para una reacción con cinética de primer orden utilizando la funcional de Lyapunov/ Stability analysis of a PFTR reactor for a first order kinetic reaction using the Lyapunov functionals

Durán Peralta, Héctor Armando; Córdoba C., Luis Fernando
2007-04-01

Resumen en español Abunda la literatura referente al análisis de estabilidad de reactores con parámetros globalizados de concentración y temperatura (por ejemplo el CSTR), en cambio es escasa la literatura sobre la estabilidad de reactores con parámetros distribuidos donde existe distribución espacial de concentración y temperatura, como es el caso del reactor tubular PFTR. Este documento analiza la estabilidad del reactor PFTR isotérmico y no isotérmico para una reacción con ciné (mas) tica de primer orden utilizando la funcional de Lyapunov. Se trabaja con una cinética de primer orden pues un objetivo de este artículo es mostrar cómo se aplica la funcional de Lyapunov al análisis de un reactor de parámetros distribuidos, dado que es casi inexistente la literatura sobre el método de la funcional de Lyapunov aplicada a la estabilidad de reactores (técnica usada en el análisis de estabilidad de sistemas en ingeniería eléctrica). El análisis de estabilidad dio como resultado perfiles de temperatura y concentración asintóticamente estables para los casos PFTR isotérmico, no isotérmico con constante cinética independiente de la temperatura y PFTR no isotérmico adiabático. Para el PFTR con retiro de calor el análisis condujo a una región de estabilidad asintótica y a una región incierta donde puede o no haber oscilaciones. Resumen en inglés The stability of reactors having encompassing concentration and temperature parameters, such as continuous flow stirred tank reactors (CSTR), has been widely explored in the literature; however, there are few papers about the stability of tubular reactor having distributed spatial concentration and temperature parameters such as the plow flow tubular reactor (PFTR). This paper analyses the stability of isothermal and non-isothermal PFTR reactors using the Lyapunov functio (mas) nal method. The first order kinetic reaction was selected because one of this paper’s objectives was to apply Lyapunov functionals to stability analysis of distributed parameter reactors (technique used in electrical engineering systems’ stability analysis). The stability analysis revealed asymptotically stable temperature and concentration profiles for isothermal PFTR, non-isothermal PFTR with kinetic constant independent of temperature and adiabatic non-isothermal PFTR. Analysis revealed an asymptotically stability region for the heat exchange reactor and an uncertain region where it may have oscillations.

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Effect of the organic load in the performance the UASB reactor treating slaughterhouse effluent/ Efecto de la carga orgánica en el funcionamiento de un reactor UASB durante el tratamiento de efluente cárnico

Caldera, Yaxcelys; Madueño, Pedro; Griborio, Alonso; Fernández, Nola; Gutiérrez, Edixon
2005-08-01

Resumen en español Se estudió el comportamiento de un reactor UASB de 4 L bajo condiciones mesofílicas durante el tratamiento de agua residual de una industria cárnica, se evaluaron las cargas orgánicas (CO) de 1,82 ± 0,18; 3,21 ± 0,27; 6,33 ± 0,23; 8,40 ± 0,19; 9,98 ± 0,88 y 12,30 ± 0,49 kg DQO/m³d, a tiempo de retención hidráulico (TRH) de 24 h. Durante la experimentación se monitorearon los siguientes parámetros para evaluar el funcionamiento del reactor: pH, alcalinidad, (mas) demanda química de oxígeno (DQO), temperatura, producción de biogás, contenido de metano en el biogás, producción de ácidos grasos volátiles (AGV), sólidos suspendidos totales (SST) y sólidos suspendidos volátiles (SSV). Cada CO se mantuvo hasta alcanzar la estabilidad en los parámetros operacionales del reactor. Los resultados demostraron la eficiencia del reactor UASB para tratar aguas residuales de industrias cárnicas a un amplio rango de CO (1,82 - 12,30 kg DQO/m³d). Se obtuvo un porcentaje de remoción de DQO de 80% para una CO de 9,98 kg DQO/m³d a TRH de 24 h. El incremento en la CO influyó significativamente sobre la variabilidad de los parámetros evaluados (con excepción del pH), ocasionando la disminución del porcentaje de remoción de DQO y del porcentaje de metano y el aumento en las concentraciones SSV, alcalinidad y AGV. Resumen en inglés The behavior of a UASB reactor of 4 L was studied at mesophilic condition treating wastewater from the meat industry. The organic loads (OL) of 1.82 ± 0.18; 3.21 ± 0.27; 6.33 ± 0.23; 8.40 ± 0.19; 9.98 ± 0.88 and 12.30 ± 0.49 kg COD/m³d, were evaluated at hydraulic retention time (HRT) of 24 h. During the experiment the following parameters were monitored to evaluate the operation of the reactor: pH, alkalinity, chemical oxygen demand (COD), temperature, biogas prod (mas) uction, methane content in the biogas, production of volatile fatty acids (VFA), total suspended solids (TSS) and volatile suspended solids (VSS). Each OL stayed until reaching the stability in the operational parameters of the reactor. The results demonstrated the efficiency of the UASB reactor to treat slaughterhouse wastewaters for long range OL (1.82 - 12.30 kg COD/m³d). The COD removal percentage was 80% to OL 9.98 kg COD/m³d to HRT of 24 h. The increment of OL affected significantly the variables evaluated, (except pH). A decrease in COD removal and methane percentage were observed, while the VSS, alkalinity and VFA concentration were increased.

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DESCRIPCIÓN MATEMÁTICA Y ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE PROCESOS FERMENTATIVOS/ MATHEMATICAL DESCRIPTION AND STABILITY ANALYSIS OF FERMENTATIVE PROCESSES

TREJOS, VÍCTOR MANUEL; FONTALVO ALZATE, JAVIER; GÓMEZ GARCIA, MIGUEL ÁNGEL
2009-06-01

Resumen en español El auge de los procesos fermentativos como fuente de etanol carburante conduce a plantear estudios teóricos para el entendimiento detallado del proceso. En el presente trabajo se evalúa la producción de etanol en un sistema continuo con células de levadura. Los modelos de crecimiento microbiano Monod y Haldane son analizados en un CSTR reactor (Continuous Stirred Tank Reactor). Se analiza la estabilidad del sistema, el comportamiento dinámico, la caracterización de puntos de equilibrio, planos de fase y puntos de bifurcación para cada uno de los dos modelos de crecimiento. Resumen en inglés The advances in the fermentative processes as source of ethanol fuel leads to outline theoretical studies for the detailed understanding of that process. In this paper, the ethanol production in a continuous system with yeast cells is evaluated. The behavior of Monod and Haldane models for microbial growth is analyzed for a CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor). The stability of the system, the dynamic behavior, the characterization of fixed points, phase planes and bifurcation points for each one of the two models of microbial growth are analyzed.

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Behavior of organic fraction in water separated from extracted crude oil with anaerobic digestion/ Comportamiento de las fracciones orgánicas en aguas de producción petroleras con digestión anaerobia

Rincón, Nancy; Cepeda, Nuri; Díaz, Altamira; Behling, Elisabeth; Marín, Julio; Bauza, Roberto
2008-08-01

Resumen en español En esta investigación se evaluó la eliminación de distintas fracciones orgánicas de aguas de producción petrolera (APP), tratarlas en reactores de manto de lodo con flujo ascendente (UASB) de 2,5 L de volumen útil y se aplicó el método Micro-SARA de análisis a dos aguas de producción diferentes. Las condiciones de tratamiento fueron: tiempos de retención hidráulica de 24 h, temperatura de 37°C y flujo continuo, durante un periodo aproximado de tres meses. Par (mas) a evaluar la estabilidad de los reactores UASB, se determinó la demanda química de oxígeno (DQO), así como pH y alcalinidad total. Se aplicó la metodología micro-SARA a las muestras de APP, tanto a la entrada como a la salida del proceso. Se obtuvo una alta remoción de las fracciones en aguas de producción de petróleo liviano (APPL), con un valor medio de 94% para los hidrocarburos aromáticos. Para el agua de producción de petróleo mediano (APPM), la eliminación fue menor (67%). Los resultados indican una eliminación de la materia orgánica presente en las APPL, por parte de los microorganismos anaerobios presentes en el reactor. Se recomienda continuar la evaluación de este sistema a escala piloto. Resumen en inglés The removal of different organic fractions of two separated waters from extracted crude oil (APP), applying the micro-SARA method, was evaluated in this work using upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors of 2.5 L of useful volume. The treatment conditions were: hydraulic retention times of 24 h, temperature 37°C and continuous flow, during an approximated period of three months. In order to evaluate the stability of UASB reactors, the chemical oxygen demand (COD) (mas) , pH and total alkalinity were measured. The micro-SARA method was applied in effluent and influent samples to reactors. A high removal of fractions in separated waters from extracted light crude oil (APPL) was obtained, with an average value of 94% for aromatic hydrocarbons. For the separated waters from extracted medium crude oil (APPM), the elimination was smaller (67%). The results indicate important improvements in water quality by the anaerobic microorganisms presents in the reactor. A study of this system on pilot scale is recommended.

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Preparación, caracterización y evaluación de MgO para combustión sin llama de gas natural/ Preparation, characterization and evaluation of MgO for flameless combustion of natural gas

Gómez Macías, Elías; Jaramillo, Alejandro; Múnera, John; Sánchez, Mauricio
2006-07-01

Resumen en español Partiendo de óxido de magnesio comercial se preparó una suspensión acuosa, la cual se secó y calcinó para conferirle estabilidad térmica. El material, tanto fresco como usado, se caracterizó mediante DRX, área superficial BET y SEM-EPMA. El catalizador mostró una matriz de MgO tipo periclasa con CaO en la superficie. Las pruebas de actividad catalítica se efectuaron en lecho fijo empacado con partículas obtenidas mediante prensado, trituración y clasificación (mas) del material. El flujo de reactivos consistió en mezclas gas natural-aire por debajo del límite inferior de inflamabilidad. Para diferentes flujos y temperaturas de entrada de la mezcla reactiva, se midieron las concentraciones de CH4, CO2 y CO en los gases de combustión con un analizador de gases tipo infrarrojo no dispersivo (NDIR). Para alcanzar conversión total de metano se requirió aumentar la temperatura de entrada al lecho a medida que se incrementó el flujo de gases reaccionantes. Los resultados obtenidos permiten desarrollar un sistema de combustión catalítica de bajo costo con un material térmicamente estable, que promueva la alta eficiencia en la combustión de gas natural y elimine los problemas de estabilidad, seguridad y de impacto ambiental negativo inherentes a los procesos de combustión térmica convencional. Resumen en inglés A MgO catalyst was prepared by aqueous dispersion of commercial magnesium oxide followed by drying and calcination to obtain a thermally-stabilized material. Fresh and used solid samples were characterized by XRD, BET surface area, and SEM-EPMA, which revealed a MgO matrix with periclase structure containing CaO on the surface. Catalytic activity tests were conducted in a fixed-bed reactor packed with MgO particles. Natural gas - air mixtures fed to the reactor were maint (mas) ained below the LFL. Different flow rates and inlet temperatures were evaluated, and CH4, CO2and CO concentrations in the effluent stream were measured with a NDIR analyzer. The temperature required to achieve total methane conversion was increased as the flow rate of the reacting mixture increased. A low-cost, thermally- stable catalytic combustion system aimed at highly-efficient combustion of natural gas can be developed based on the results of this study. Moreover, this system would eliminate problems related with stability, security and environmental effects inherent to conventional thermal combustion processes.

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Nernst-Planck Model applied to the kinetics of ionic exchange of the system PO4-3-Cl- in milk/ Modelo de Nernst-Planck aplicado a la cinética de Intercambio Iónico del sistema PO4-3-Cl- en leche

Marín, Julissa; García, Cézar; Alaña, Jorge; Martínez, Karina; Faría, José
2007-12-01

Resumen en español Se determinó la cinética de intercambio iónico en leche para la disminución del contenido de sales y aumento de la estabilidad de la leche, estudiando el efecto de las variables operacionales: temperatura y tiempo de contacto leche-resina, sobre el proceso de intercambio para el sistema iónico cloruro-fosfato. Se utilizó un reactor por carga bajo agitación media para intercambiar los iones cloruro presentes en la solución con iones fosfato fijados a la resina ani� (mas) �nica fuertemente básica, durante un periodo de 180 minutos. El contenido de cloruro en la fase líquida se determinó por la técnica de valoración mercurométrica y el de fosfato por espectofotometría. Los datos cinéticos experimentales se ajustaron en función de un modelo cinético de intercambio iónico desarrollado a partir del modelo teórico de Nernst-Planck que incluye los mecanismos de difusión y migración iónica para sistemas iónicos bajo control de la fase líquida. Los resultados del ajuste cinético demuestran que el modelo propuesto se aproxima a la cinética experimental en la medida que se aumenta la temperatura del sistema y se favorece el control de la fase líquida. Resumen en inglés The kinetics of ionic exchange was determined in milk for decrease of the content of salinity and increase of the stability of the milk, studying the effect of the operational variables: temperature, time of contact milk-resin, on the exchange process for the system ionic chloride-phosphate. The experimental methodology required the use of a reactor for batch with half agitation to exchange the ions chloride present in the solution with ions phosphate fixed to resin stron (mas) gly basic anionic, during a period of 180 minutes. The content of chloride in the liquid phase was determined by the technique of valuation mercurometric and that of phosphate by spectophotometer. The kinetics data were adjusted in function of a kinetic model of ionic exchange developed starting from the theoretical model of Nernst-Planck that includes the diffusion mechanisms and ionic migration for any system ionic under control of the liquid phase.

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Conservación por congelación de Bordetella pertussis y Corynebacterium diphtheriae, empleados en la producción de vacunas para uso humano/ Preservation by freezing of Bordetella pertussis and Corynebacterium diphtheriae used in the production of human vaccines

Iglesias, Elsie; Plasencia, Yilian; Morales, Teresita; Izquierdo, Luis
2000-09-01

Resumen en español En el presente estudio se evaluó el método de congelación a -70ºC para la preservación de Bordetella pertussis y Corynebacterium diphtheriae. Para verificar el sustento de los cultivos se realizó un adecuado control de calidad, que incluyó comprobación de pureza, viabilidad y estabilidad de las propiedades de interés. En este trabajo se probaron diferentes formulaciones. Se seleccionó la que arrojó los mejores resultados y se realizó un estudio de mantenimient (mas) o de las características evaluadas durante el tiempo. Para medir determinados parámetros se realizaron procesos a escala industrial, empleándose para esto un biorreactor Chemap de 35 L. Se tomaron como referencia los valores obtenidos por las cepas conservadas por liofilización. De esta forma se buscaron alternativas y soluciones a problemas presentados en su conservación. Los resultados obtenidos sugieren la posible inclusión en el Programa de Mantenimiento establecido. Resumen en inglés In this study the method of -70ºC freezing, for the preservation of Bordetella pertussis and Corynebacterium diphtheriae, was evaluated. An adequate quality control, which included purity, viability and stability testing of the main characteristics, was carried out to verify culture maintenance. For this study different formulations were tested. The one with the best results was selected and a study of maintenance of the characteristics was evaluated through time. In ord (mas) er to measure certain parameters, some industrial scale processes were performed, using a 35 L Chemap bio-reactor. The values obtained from lyophilization-preserved strains were taken as a reference. Thus, the search for alternatives and solutions to problems in their preservation was carried out. The results obtained suggest their possible inclusion in the already established Maintenance Program.

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Treatment technologies of liquid and solid wastes from two-phase olive oil mills

Borja Padilla, Rafael; Raposo Bejines, Francisco; Rincón, Bárbara
2006-03-31

Digital.CSIC (Spain)

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Minimal supergravity radiative effects on the tri-bimaximal neutrino mixing pattern

Hirsch, Martin; Ma, Ernest; Romao, J.C.; Valle, José W. F.; Villanova del Moral, Albert
2007-03-13

Digital.CSIC (Spain)

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Emission Imaging of Pulsed Plasma Plumes Emerging Through a Transversal Hole in the Hollow Cathode of a DC Reactor

Tanarro, Isabel

2 pages, 1 figure.-- Supplementary material available: Plasma plume emerging through a hole in a discharge reactor (video). | A sequence of images shows the emission of brief pulsed plasma plumes emerging laterally from a small hole in the wall of a dc hollow-cathode reactor. The orifice diameter is...

DRIVER (Spanish)

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Decolorization of synthetic dyes by laccase immobilized on epoxy-activated carriers

Kunamneni, Adinarayana; Ghazi, Iraj; Camarero, Susana; Ballesteros, Antonio; Plou Gasca, Francisco José; Alcalde Galeote, Miguel
2009-01-01

Digital.CSIC (Spain)

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Crotonaldehyde Hydrogenation on Rh/TiO2 catalysts. In situ DRIFTS studies

Reyes, P.; Melián-Cabrera, I.; López Granados, M.; García Fierro, José Luis; Aguirre, Mª del Carmen
2001-10-01

Digital.CSIC (Spain)

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Cinética de carbonatación de morteros experimentales de cal de tipo romano

Sánchez-Moral, S.; García Guinea, Javier; Luque, L.; González-Martín, R.; López-Arce, Paula
2004-09-30

Digital.CSIC (Spain)

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ANÁLISIS Y CONTROL DE UN BIORREACTOR ANAEROBIO DE LECHO FIJO DE FLUJO ASCENDENTE/ ANALYSIS AND CONTROL OF AN ANAEROBIC UPFLOW FIXED BED BIOREACTOR

RINCON, ALEJANDRO; ANGULO GARCIA, FABIOLA; OLIVAR TOST, GERARD
2009-06-01

Resumen en español En este artículo se presenta el análisis dinámico y el diseño de un regulador autosintonizado para un biorreactor anaerobio de lecho fijo de flujo ascendente, utilizado para tratamiento de aguas residuales. Se ha demostrado de manera analítica que la condición de arrastre en el reactor se obtiene por una combinación de una bifurcación transcrítica con una del tipo silla-nodo. Una vez se determina el rango de operación del reactor se diseña un regulador autosintonizado para mejorar la remoción de materia orgánica, obteniéndose buenos resultados. Resumen en inglés this paper presents the bifurcation analysis in an anaerobic upflow fixed bed bioreactor, which is an anaerobic digestion system useful for wastewater treatment. In the dynamic analysis part, the equilibrium points, linear stability and bifurcation curves are studied, focusing in the washout condition. For the self tuning regulator the parameter estimation and control law are designed, and an integral action is introduced in order to address the disturbances. The simulation studies show the improvement of the performance when a disturbance appears.

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