Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

Crystallization fractionation of palm oil biodiesel as an alternative for improving its cold flow properties

El biodiesel de aceite de palma (BAP) posee excelentes propiedades como combustible para motores. Sin embargo, asociado con su composición química altamente saturada, este biocombustible presenta un deficiente desempeño a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente de varias ciudades colombianas. A 16 °C, el BAP empieza a formar pequeños cristales, los cuales, a medida que la temperatura sigue disminuyendo, aceleran su crecimiento y se aglomeran, de tal modo, que a una temperatura entre 12 y 9 °C pueden llegar a impedir completamente el flujo del combustible. En este trabajo se evaluó la técnica del fraccionamiento del BAP mediante cristalización inducida por enfriamiento para mejorar sus propiedades de flujo a baja temperatura (PFBT). Las variables tenidas en cuenta para dicho proceso fueron la temperatura de enfriamiento o de winterization (Tw) y el tiempo de estabilización (tp). De acuerdo con los punto de nube (PN) y fluidez (PF) del BAP, el rango de temperaturas de enfriamiento que se pudo ensayar fue muy limitado (12 °C-16 °C). El proceso permitió obtener una fracción líquida a la Tw con mejores PFBT que el BAP original. Para las condiciones extremas probadas (tp=24 horas y Tw=14 °C) se obtuvo una fracción líquida con un PN 6 °C menor que el del BAP sin fraccionar. Dicho cambio en el PN correspondió a un aumento en el contenido de metilésteres insaturados de 4,7% y una reducción en el contenido de metilésteres del ácido palmítico de 5,29%. Los cambios inducidos en la composición química de las fracciones líquidas no alcanzaron a tener efectos significativos en sus propiedades básicas como combustibles.

Palm oil biodiesel (POB) has excellent properties as a fuel for engines. However, due to its highly saturated chemical composition, this biofuel presents a faulty performance at temperatures close to the environmental temperature of several Colombian cities. At 16 °C, POB begins to form small crystals which grow and form agglomerates as the temperature continues decreasing, in such a way they can completely plug the fuel flow at temperatures between 12 °C and 9 °C. In this work, the fractionation technique of POB by crystallization induced by cooling was evaluated for improving its cold flow properties. The cooling or winterization temperature (Tw) and the stabilization time (ts) were the variables taken into account in the fractionation process. According to the values of the cloud point (CP) and pour point (PP) of the POB, the range for Tw tested was very limited (12 °C-16 °C). The process allowed the production of a liquid fraction, at Tw, with better cold flow properties than those of the original POB. For the extreme tested conditions (ts=24 hours and Tw=14 °C), a liquid fraction having a CP of 6 °C lower than the original POB was obtained. Such a change in the CP corresponded to an increase in the unsaturated methyl esters content of 4,7% and a reduction of the palmitic acid methyl esters content of 5,29%. The induced changes in the chemical composition of liquid fractions did not have significant effects on their fuel basic properties.

Implementation of a bus with natural gas articulated motor in Colombia's massive transportation system: A technical study

El objetivo del presente trabajo es mostrar los resultados de las pruebas para la evaluación del desempeño de un bus articulado prototipo con motor dedicado a gas natural comprimido. Los resultados se utilizarán para establecer la viabilidad técnica de la implementación de flotas de este tipo de buses, en los sistemas de transporte masivo de las grandes ciudades colombianas. Para llevar a cabo la evaluación se desarrollaron protocolos de pruebas, siguiendo algunas prácticas recomendadas de SAE, en los que se obtuvieron los principales parámetros de desempeño descritas en tales documentos. Las pruebas fueron realizadas en dos ciudades diferentes, la primera fue Bogotá, capital de Colombia con 10 millones de habitantes y ubicada a 2.650 msnm; y la segunda fue la ciudad de Cali, con 4 millones de habitantes y ubicada a 900 msnm. Los resultados muestran que es factible implementar este modelo de bus articulado en la ciudad de Cali, mientras que en la ciudad de Bogotá se necesitan algunas modificaciones en el sistema de alimentación, ya que el bus prototipo no cumple con la aceleración requerida por la norma para sistemas de transporte masivo. Por su parte el consumo de combustible es similar al de los buses articulados que trabajan con motor diesel y que se encuentran actualmente en operación en la ciudad de Bogotá.

This paper shows the results of the performance of an articulated prototype bus fueled with compressed natural gas (CNG). The results will be used to establish the technical viability of the fleet implementation in the massive transport systems of the largest Colombian cities. In order to carry out the evaluation, some SAE recommended practices were modified to set with this kind of bus. Main performance parameters were obtained. The tests were made in two different cities the first one was Bogotá, Colombia's capital with 10 million inhabitants and located at 2600 meters above sea level (masl). The second city was Cali, with 4 million inhabitants and located at 900 masl. The results show that it is feasible to implement this articulated bus in the city of Cali, whereas in Bogota some modifications in the fuel system are needed, since the bus prototype does not fulfill the acceleration requirements imposed by the local authorities for massive transport systems. On the other hand the fuel consumption is similar to that of the articulated buses fueled with diesel fuel that actually operate in Bogotá.

Determination of the specific oxygen uptake rate in microorganisms including electrode time response

La transferencia de oxígeno es un parámetro importante en los procesos de fermentación aerobios. Conocer el consumo de oxígeno real del organismo de interés, permite determinar los requerimientos energéticos y de proceso en aireación y agitación. En este trabajo se presenta un tratamiento matemático y metodológico para la determinación de la velocidad específica de consumo de oxígeno (QO2) considerando el tiempo de respuesta del electrodo de oxígeno. Dicha metodología se aplicó en la determinación del QO2 del hongo medicinal Ganoderma lucidum, durante su cultivo en un reactor de tanque agitado a escala de laboratorio. Se obtuvo un valor promedio de QO2 de 0,345 mmol O2 (g biomasa.h)-1± 0,0171 sin incluir el tiempo de respuesta del electrodo y de 0,383 mmol O2 (g biomasa.h)-1± 0,025 al incluir dicho parámetro. A mayor tiempo de respuesta del electrodo de oxígeno, mayor será la diferencia entre los valores de QO2.

The oxygen transfer rate is an important parameter for the aerobic fermentative process. By establishing the real oxygen uptake rate of the target organism we can determine the energetic and process requirements for aeration and agitation. We report in this paper the mathematical and methodological procedure for the determination of the specific oxygen uptake rate (QO2), taking the oxygen electrode response into account. This methodology was applied to the QO2 determination for the Ganoderma lucidum medicinal mushroom while it was being cultured in a stirred reactor in the laboratory. The average value for QO2 was 0.345 mmol O2 (g biomass.h)-1± 0.0171 without taking the electrode time response into account and 0.383 mmol O2 (g biomass.h)-1± 0.025 taking the electrode time response into account. Higher response times of the oxygen electrode resulted in a greater differences between the two QO2 values obtained.

Char morphology characterization from pulverized coals: experimental determination

Durante el proceso de desvolatilización, las partículas de carbón cambian su estructura debido a la liberación de su materia volátil, obteniéndose un sólido poroso rico en carbono fijo (Carbonizado) con diferentes morfologías. Se obtuvieron carbonizados a partir de tres carbones bituminosos (La Yolanda, El Cerrejón y Thoresby) en un reactor tubular, a tres temperaturas (900, 1000 y 1100ºC) y tres tiempos (100, 150 y 300 ms) de desvolatilización. Estas morfologías se identificaron usando una técnica automática de análisis de imagen. Por medio de esta técnica de análisis de imagen se determinó el área promedio de partícula de cada muestra de carbonizado, el espesor medio de pared, el porcentaje de espesor de pared menor a 3 y 5 µm, la porosidad y el porcentaje de cada uno de los morfotipos del carbonizado. Se encontró que tanto la porosidad como el espesor de pared menor a 3 y 5 µm, disminuyen con el aumento de la temperatura y el tiempo de desvolatilización, mientras que el espesor medio de pared aumenta con el incremento en estos mismos parámetros. También se encontró que el carbón El Cerrejón produce carbonizados tenuisphere en mayor proporción, mientras que el carbón La Yolanda genera principalmente carbonizados crassinetwork.

During the devolatilisation process, coal particles change their structure due to the liberation of its volatile matter. A porous solid rich in fixed carbon ('Char') with different morphologies is obtained. At a tubular reactor the chars from three bituminous coal (La Yolanda, El Cerrejón and Thoresby), three devolatilization temperatures (900, 1000 and 1100ºC) and three times (100, 150 and 300 ms) were obtained. Those morphologies were identified using an automatic image analysis technique. By this technique, the average area, the half wall-thickness, the percentage of smaller wall-thickness to 3 and 5 µm, the porosity and the percentage of morphotypes for each particle char sample was determined. It was found that both the porosity and the smallest wall-thickness to 3 and 5 µm, decreased with the increase of the devolatilization time and temperature. The half wall-thickness had a contrary behaviour. It was also found that the coal from El Cerrejón produced high concentration of tenuisphere chars, while the coal from La Yolanda generates mainly crassinetwork chars.

Production and characterization of porous bodies of synthetic hydroxyapatite

El proceso gel-casting se ha usado para preparar materiales cerámicos y metálicos haciendo posible obtener formas con microestructura y propiedades mecánicas controladas. La hidroxiapatita (HA) es un cerámico bioactivo, debido a su capacidad de enlazarse directamente al tejido óseo, sin embargo, presenta muy baja resistencia mecánica. En este trabajo se prepararon espumas de hidroxiapatita usando el proceso gel-casting con porcentajes de sólidos de 40 y 50%. Las espumas obtenidas se caracterizaron usando Difracción de Rayos X (XRD), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y ensayos mecánicos de compresión. Los resultados mostraron que las espumas obtenidas presentan poros abiertos e interconectados con un tamaño alrededor de 100 µm. Las pruebas mecánicas mostraron que a mayor porcentaje de sólidos se incrementa la resistencia a la compresión. Se demuestra que este es un proceso con alto potencial para la fabricación de cuerpos porosos, útiles en cirugía reconstructiva.

The gel-casting process has been used for the preparation of ceramic and metallic materials making it possible to obtain shapes with controlled microstructure and mechanical properties. Hydroxyapatite (HA) is a bioactive ceramic, due to its capacity to form chemical bonds with the bone tissue but, it has low mechanical resistance. In this work HA foams were prepared using gel-casting, with two solid percentages, 40 and 50%. The obtained foams were characterized by X Ray Diffraction (XRD), Scanning Electronic Microscopy (SEM) and compression tests. Results show that the foams have open and interconnected pores with sizes close to 100 µm. Mechanical tests indicate that the compressive strength increases by increasing solid percentage. The high potential of this process is demonstrated for the fabrication of porous bodies to be used in reconstructive surgery.

Synthesis and characterization of microporous hydroxyapatite, comparison with a commercial product

La hidroxiapatita, componente natural del hueso, se puede ser obtener sintéticamente por la reacción entre el nitrato de calcio y el fosfato de amonio, conservando sus propiedades de osteoconductividad y su capacidad de unirse químicamente al tejido óseo. En este trabajo se obtuvo hidroxiapatita microporosa mediante la técnica de coprecipitación, adicionando un agente porogénico y con temperaturas de calcinado de 750 y 850 °C. La hidroxiapatita calcinada (denominada HA UdeA) se comparó con un producto comercial. Las muestras se caracterizaron usando las técnicas de difracción de rayos X (XRD), espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), microscopía electrónica de barrido (SEM) y técnicas termoanalíticas (DTA y TGA). Los resultados indican que los productos HA UdeA y el producto comercial presentan características similares en estructura cristalina, composición química y adsorción de especies, y aunque las muestras evaluadas presentan diferencias morfológicas en geometría y tamaño de partícula, ambos cerámicos se pueden utilizar como biomaterial en implantes, por ejemplo para rellenos óseos.

The hydroxyapatite is the natural component of the human bone which can synthetically obtained by the reaction between calcium nitrate and ammonium phosphate keeping its bioactivity properties. Therefore, it can be chemically linked with the bone tissue. In this work microporous hydroxyapatite was obtained by a precipitation method, a polymer was added to generate the porosity and calcined at 750 and 850 °C. The synthesized hydroxyapatite (denominated HA UdeA) was compared with a commercial product. The samples were characterized by X Ray Diffraction (XRD), Fourier Transformed Infra Red (FTIR), Scanning Electronic Microscopy (SEM) and Thermoanalytical techniques (DTA - TGA). The results indicate that HA UdeA and the commercial product presented similar characteristics as crystalline structure, chemical composition and adsorption of species. Although some differences in shape and particle size were observed both ceramics can be used as implant biomaterials, for example in bone repair.

Hydration process in ordinary portland cement paste with thermally treated kaolin

Se presentan los resultados de un estudio relacionado con el proceso de hidratación de pastas de cemento Pórtland ordinario (OPC) adicionadas con un caolín tratado térmicamente (KTT) en un rango de temperaturas entre 500 y 900°C. Para la preparación de las pastas, la adición fue incorporada en un porcentaje del 20% con respecto a la cantidad de cemento. La caracterización de las pastas se realizó por difracción de rayos X (DRX), análisis termogravimétríco (ATG) y microscopía rlectrónica de barrido (MEB). Las principales fases presentes en el sistema KTT-cemento, a la edad de 60 días de curado, fueron el gel de silicato cálcico hidratado (CSH), la gelenita hidratada (C2ASH8) de carácter amorfo y la portlandita (CH). Los resultados mostraron que la temperatura de tratamiento del caolín afecta la composición de fases del sistema hidratado.

The results obtained in an experimental study that analyzed the hydration process of ordinary Portland cement (OPC) paste with 20% addition of thermally treated kaolin (TTK) are presented. The kaolin was thermally treated between 500 and 900°C. Resulting pastes were analyzed by x-ray diffraction (XRD), differential thermogravimetry (DTG) and scanning electronic microscopy (SEM). After 60 curing days the main phases present in the TTK-cement system were the CSH gel, Gehlenite Hydrated Amorphous (C2ASH8) and Portlandite (CH). The kaolin treatment temperature affects the hydrated system phase composition.

Dynamic and static measurements of small strain moduli of toyoura sand

A series of triaxial tests were performed on specimens made of Toyoura sand having different dry densities. Very small unloading/ reloading cycles were applied to obtain 'static' Young's modulus. Furthermore, as the 'dynamic' measurements, two types of wave propagation techniques were applied; one using Bender elements, and the other one using piezoelectric actuators to excite primary and secondary waves. Based on these static and dynamic measurements, we discuss the following aspects: 1) the difference among the three types of dynamic measurements, 2) the relationships between the dynamic and static measurement results and 3) the effects of stress stateinduced anisotropy and dry densities of the specimens.

Se realizó una serie de ensayos triaxiales en arena de Toyoura con distintas densidades secas. Se aplicaron ciclos muy pequeños de carga y descarga para obtener el modulo de Young 'estático'. Además, como medidas 'dinámicas', se emplearon dos tipos de técnicas de propagación de ondas; una utilizando elementos Bender, y la otra utilizando actuadores piezoeléctricos para pro-vocar ondas primarias y secundarias. Basados en estas medidas estáticas y dinámicas, se discute: 1) la diferencia entre los tres tipos de medidas dinámicas empleadas, 2) la relación entre los resultados de las medidas estáticas y dinámicas y 3) el efecto del estado de esfuerzos en la anisotropía inducida y la densidad seca del material

Design of a model system for the study of corrosion of pipe material and its contribution in deterioration of drinking water quality

Los sistemas de distribución pueden afectar la calidad del agua potable debido a las condiciones de la tubería y a la operación del sistema. Algunos parámetros son sensibles a la variación durante la distribución como: el cloro residual, pH, color y turbiedad, debido a que el material de la tubería puede presentar deterioro en estos sistemas a causa de la corrosividad del agua. Los diversos estudios realizados sobre el tema han empleado tanto sistemas reales como dispositivos de laboratorio para la realización de los ensayos. Entre los dispositivos más empleados actualmente, se reporta el uso del sistema piloto de distribución por las ventajas que ofrece y su flexibilidad en el diseño. Para definir las características de diseño de un sistema piloto de distribución se hizo una revisión de la literatura. El sistema se empleará en el estudio de la interacción entre el líquido y la pared de tubería. Se utilizarán materiales metálicos usados en sistemas de distribución secundarios, con el fin de determinar el ataque a la superficie interna de las tuberías y las causas de formación de depósitos sobre ellas, así como identificar los efectos de esta interacción en la calidad del agua.

Distribution systems can affect drinking water quality because pipe conditions and system operation. Some parameters like residual chlorine, pH, color and turbidity can be modified during the distribution, because pipe material can show deterioration in these systems by the water corrosivity. Several studies about this topic had used both real system and laboratory equipment for performing of tests. The most used apparatus nowadays is the model distribution system; it has several advantages like flexibility and easiness for design. A revision in journals is used for defining the design characteristics of model distribution system. It will be used for studying the interaction between the water and the pipe wall. Metallic materials used in secondary distribution system will be used in this study with the purpose of determining the attack to the inner surface of pipes and the causes of deposits formed on them; such as identifying the effects of this interaction in water quality.

Blood lead levels and risk factors for lead poisoning in mexican children

El plomo (Pb) es un contaminante ambiental que causa efectos adversos a la salud humana. La exposición humana al plomo se determina monitoreando su concentración en sangre, tomando en cuenta la influencia de varios factores, tales como edad, sexo, dieta y contaminación del aire. En este trabajo se analizó por duplicado la concentración de plomo en sangre de 80 niños que corresponde al 32% del total de menores de 15 años en la población del área minera de Vetagrande Zacatecas, México. Se usó voltamperometría de redisolución anódica siguiendo los criterios de la Norma Oficial Mexicana (NOM), la cual define seis categorías de contaminación. De los valores, 45% de los menores presentaron < 10 µg/dL, 16,25%, 10-14 µg/dL, 33,75% 15-24 µg/dL y 5%, 25-44 µg/dL, que corresponden a las categorías de la II a la IV respectivamente. Los resultados en materia de salud revisten gran importancia ya que más del 50% de los niños tiene niveles de plomo en sangre que ameritan intervención por parte de los servicios de salud. La causa probable de la presencia de plomo en sangre se debe a que las casa0s habitación de esa población se encuentran asentadas en terrenos enriquecidos con plomo, y a través de una interacción el plomo se transporta hacia las personas.

Lead (Pb) is an environmental pollutant known to cause adverse health effects in humans. Human exposure to Pb is generally assessed by monitoring their concentrations in blood, taking into account the influence of various factors, such as age, gender, diet and air pollution. We measured the concentrations of Pb in the blood of 80 children that correspond to 32 % of the total of children smaller than 15 years, in the mining area of the population of Vetagrande in Zacatecas, Mexico. The lead concentration in blood was analyzed twice by anodic stripping voltammetry based upon the criteria outlined in the Official Mexican Standards, which define 6 categories of contamination. From the results 45% of the children presented < 10 µg/dL, 16.25% 10-14 µg/dL, 33.75% 15-24 µg/dL and 5% 25-44 µg/dL that correspond to the categories I at IV respectively. Thus, more than 50% of the children have lead levels in blood that deserve intervention on the part of the services of health. The probable cause of the lead presence in blood may be due to population's houses are seated in lands enriched with lead, and through an interaction the lead is transported toward people.

Heavy metal determination and source emission identification in an industrial location of Bogotá-Colombia

En el presente estudio se llevó a cabo la caracterización química del material particulado menor a 10 micrómetros (PM 10) recolectado en la Localidad de Puente Aranda de Bogotá. Durante el período de estudio (junio de 2005 a junio de 2006) se recolectaron 75 muestras de PM 10 en diferentes condiciones climáticas en tres puntos de monitoreo, dos en la zona industrial y el tercero en una zona remota. Se incluyen en el estudio los días del paro de transportes que tuvo lugar en la ciudad en el 2006. Se determinó la presencia de cadmio, cobre, cromo, plata, hierro, plomo, manganeso, cinc y níquel. Las concentraciones promedio diarias de PM 10 en Puente Aranda se encontraron entre 65 y 100 µg/m³, mientras que para el norte de la ciudad variaban entre 20 y 30 µg/m³. Los principales metales encontrados en la zona industrial fueron Fe y Pb, con concentraciones hasta de 4.000 ng/m³. El grupo de metales Cu, Cr, Zn, Ni, Mn presentaron un rango medio de concentración (50 a 700 ng/m³ en Puente Aranda, <100 ng/m³ en el norte de la ciudad). Los metales con las menores concentraciones en la atmósfera fueron Cd y Ag. A partir del analisis de material particulado y metales pesados se realizó una aproximación al aporte de las fuentes de emisión.

During the present study, chemical characterization of particulate matter less than 10 micrometers (PM 10 ) in an industrial zone of Bogotá was performed. A total of 75 samples were collected during one year (June 2005 - July 2006) under wet and dry conditions in three different places, two within the industrial zone and the other one in a remote area. Samples obtained during a public transportation strike, which took place in Bogota during two days in 2006, were also included in the study. Heavy metal concentrations (Cd, Cu, Cr, Ag, Fe, Pb, Mn, Zn, Ni) in PM 10 fraction were conducted using Atomic Absorption Spectrometry. PM 10 (24-hour average) concentration was found between 65 and 100 µg/m³ in the industrial zone, whereas in the northern point was as low as 20 µg/m³ (PM 10 local standard is 150 µg/m³). Pb and Fe were the metals with the highest concentrations in air (~ 4,000 ng/m³ in the industrial zone, < 400 ng/m³ in the north point). Cu, Cr, Zn, Ni and Mn were assessed in a lower level (50-700 ng/m³ in the industrial zone, <100 ng/m³ in the north point) and finally, Cd and Ag were the elements with the lowest concentration. Source emissions were assessed analyzing PM 10 and heavy metal concentrations in air.

Inventory Management Models in Supply Chains: A Literature Review

En este artículo se hace una revisión de los modelos de gestión para el diseño de políticas de inventarios de productos terminados y de materias primas en cadenas de abastecimiento, teniendo en cuenta la variabilidad de la demanda y los tiempos de suministro. El esquema de revisión se clasifica en cuatro secciones: (1) Modelos de Aleatoriedad de la Demanda, (2) Modelos de Aleatoriedad de los Tiempos de Suministro, (3) Modelos de Políticas de Inventarios, y (4) Modelos Integrados para la Gestión de Inventarios. Para cada sección se presentan tablas de resumen, describiendo las principales características de los modelos reportados. Se hace especial énfasis en la carencia de metodologías para modelar los aspectos variables del sistema y se identifican las oportunidades de investigación y desarrollo del área, en el contexto de la industria nacional.

In this paper, we review inventory management models for designing inventory policies for final products and raw materials in supply chains, considering random demand and lead times. (1) Random Demand Models, (2) Random Lead Times Models, (3) Inventory Policy Models, and (4) Integrated Inventory Management Model. For each section we present summary tables describing the main characteristcs of models found in the literature. Special emphasis is placed on the lack of methodologies for modeling random issues of the system. Research and development opportunities in the context of the Colombian industry are also identified.