Ingeniería e Investigación

**Using an infrared probe for in situ monitoring of esterifying reactions**

Se empleó un reactor batch (por lotes), dotado de tres detectores: pH, Sonda IR y operación en continuo, de tal forma que puede operarse como un reactor CSTR. En la medida en que la esterificación procede, decrecen las bandas correspondientes al grupo -COOH del ácido carboxílico y la del grupo C-OH del alcohol, presentándose al mismo tiempo incremento en la banda del grupo -COOR del éster que se está formando. El progreso de la reacción se puede seguir por el registro continuo de los espectro IR. La banda correspondiente a H-O-H del agua no se puede seguir ya que se requiere de un ambiente absolutamente anhidro para hacerlo. De otro lado, por aparte pueden prepararse soluciones patrones para poder cuantificar la intensidad de los picos en el espectro IR, según la composición del componente en la mezcla. Sin embargo, cuando se presentan cambios de fase en la mezcla reactiva, este método no puede emplearse para seguir el curso de una reacción, ya que se presenta una variación muy aleatoria en la señal de intensidad de los picos.

A batch reactor was employed having pH meter, IR probe and continuous operation detectors so that it could work as a CSTR reactor. As esterification advanced, then IR bands corresponding to the carboxyl acid COOH group and the alcohol C-OH group decreased whilst a parallel increase was presented in the ester -COOR group band which was forming. Reaction progress could be observed by continuous IR spectrum registration. The IR band for HOH (water) could not be studied because it needed a completely anhydrous medium for doing so. Standard solutions could be prepared for quantifying IR band peak intensity, according to a components composition in the mixture. However, when phase changes occurred in the reaction mixture, this method could not be employed for following the course of a particular reaction because random variation was detected in band intensity.

A study of butyl acetate synthesis: 3. Analysing adsorption on catalyst

Es este trabajo se realizó un estudio de la adsorción del sistema reactivo: ácido acético - n-butanol - acetato de butilo - agua, en fase líquida y presión de 0.76 Bar, sobre una resina de intercambio catiónico (Bayer® Lewatit K-2431). Se verificó la distribución de tamaño de partícula del sólido y se observó baja dispersión con un 86% de la masa entre mallas 20 y 30. El sólido seco presenta una distribución binodal con un 40% por encima de la malla 25 y un 45% entre las mallas 25 y 40. Se desarrollaron pruebas de hinchamiento de la resina en los componentes puros y en mezclas binarias no reactivas, y se observó un aumento en el volumen de la matriz entre 2,2 y 3,8 veces. Se notó una adsorción selectiva en el sistema reactivo en el orden: agua > n-butanol ≈ ácido > acetato. Se evaluaron dos modelos de tipo ideal y no-ideal para cuantificar la adsorción a través de una isoterma compuesta, demostrando la debilidad de los modelos teóricos para representar la adsorción en matrices poliméricas iónicas. Finalmente, se desarrollaron ensayos de caracterización calorimétrica del catalizador hinchado, y se reconoció a través del análisis del espectro IR un cambio en la estructura del sólido debido al tratamiento térmico.

Reactive system (acetic acid-n-butanol-butyl acetate-water, in liquid phase, 0.76 Bar pressure) adsorption on a cationic exchange resin (Bayer Lewatit K-2431) was studied in this work. Solid particle size distribution was verified and low dispersion was noticed with 86% of total mass between 20 and 30 mesh. The dried solid showed a bi-nodal distribution with 40% above 25 mesh and 45% between 25 and 45 mesh. Resin swelling assays were carried out on pure components and non-reactive binary mixtures and increased matrix volume was observed (2.2 to 3 times higher). Selective adsorption on the reactive system was observed in the sequence: water > n-butanol ≈ acid > acetate. Both ideal and non-ideal models were tested for calculating adsorption using a composite isotherm, demonstrating these models weakness in representing adsorption on ionic polymer matrices. Calorimetric characterisation assays were carried out on swelled catalyst and a change in solid structure caused by thermal treatment was recognised using infrared scanning.

Coffe drying on fluidised bed

Todo el café se cosecha en grano cereza, el cual se beneficia en forma tradicional o aplicando el método Becolsub o de beneficio ecológico. Una vez lavado el café pergamino obtenido, se seca en forma natural o mecánicamente. Los secadores mecánicos más utilizados son de tipo estático, en los cuales generalmente se presentan problemas de desuniformidad en el contenido de humedad final del grano, la cual debe oscilar entre 10 y 12% b.h. En el presente trabajo de investigación se empleó el sistema de secado mediante fluidización, el cual convierte un lecho de partículas sólidas en una masa suspendida y expandida que posee muchas de las propiedades de un líquido. Se diseño y construyó un prototipo de 5.000 g de capacidad, en el cual se secó café bajo tres condiciones de temperatura del aire de secado: 42, 46 y 49°C. El tiempo de secado varió de 6 a 8 horas. Se obtuvo una buena uniformidad en el contenido de humedad final del grano, con diferencias menores a 0.86%. Además al grano se le hizo prueba de taza, obteniéndose que el producto presenta características organolépticas de buena calidad.

All coffee is harvested as cherry grains which are then crushed and extracted traditionally or by applying the Becolsub method. Once the coffee parchment obtained has been washed, it is naturally or mechanically dried. Static dryers are the most used mechanical dryers, generally producing lack of uniformity in the grains final humidity content which must range from 10% to 12% b.h. Drying by fluidization was used in the present research work; this turns a solid particle bed into a suspended and expanded mass, possessing many of the properties of a liquid. A 5,000 g capacity prototype was designed and constructed in which coffee was dried at three air drying temperatures: 42°C, 46°C and 49°C; drying time lasted 6 to 8 hours. Good uniformity in final grain humidity content was obtained, differences being less than 0.86%. As well as the grain test, a control cup test was used, finding that the product presented good organoleptic qualities.

A methodology for determining radiation form factors applied to particular plane-sphere configuration

En el diseño de hornos y dispositivos que calientan o enfrían sistemas mediante radiación se necesita calcular el factor de forma, el cual permite determinar la transferencia de calor por radiación entre superficies que estén a diferente temperatura. Generalmente los textos de transferencia de calor deducen y muestran la ecuación para obtener el factor de forma entre dos superficies que intercambian calor por radiación para configuraciones muy sencillas, pero no muestran cómo se hace el cálculo para geometrías y configuraciones un poco más complejas. Muchos de los estudiantes que han cursado la asignatura o asignaturas de transferencia de calor quedan con la impresión de que los factores de forma se calculan sin ningún problema. Otros preguntan por qué en los textos no muestran cómo se calcula el factor de forma para configuraciones un poco más complejas o más reales. Este documento pretende responder esa inquietud, además de presentar como objetivo una estrategia de cálculo con fines netamente pedagógicos que puede ser aplicada a otras configuraciones más complejas.

The form factor must be calculated when designing ovens and mechanisms heating or cooling systems by radiation, leading to determining heat transfer by radiation between surfaces which are at different temperatures. Heat transfer texts generally deduce and show the equation for obtaining the form factor between two surfaces which exchange heat by radiation for very simple configurations, but do not show how slightly more complex geometries and configurations are calculated. Many students who have studied heat transfer have the impression that form factors are calculated without any difficulty. Other students ask why the texts do not show how to calculate the form factor for slightly more complex configurations or for those which are more real. This document tries to answer these disquietudes as well as presenting a calculation strategy for purely pedagogical ends which can be applied to more complex configurations.

Predictive control applied to an evaporator mathematical model

Se presenta el diseño de una estrategia de control predictivo, sobre un modelo matemático, de un evaporador de película descendente con recompresión mecánica de vapor, usado en la industria láctea. Para diseñar el controlador se utiliza el programa ConnoisseurTM, a partir de datos recolectados de la simulación de un modelo no lineal. Se emplea una ley de control obtenida de la minimización de una función de costo, sujeta a restricciones del proceso, empleando un algoritmo de programación cuadrático (QP). Finalmente, se ejecuta un algoritmo de programación lineal (LP) que encuentra un punto de operación subóptimo para el proceso en estado estacionario.

This paper outlines designing a predictive control model (PCM) applied to a mathematical model of a falling film evaporator with mechanical steam compression like those used in the dairy industry. The controller was designed using the ConnoisseurTM software package and data gathered from the simulation of a non-linear mathematical model. A control law was obtained from minimising a cost function subject to dynamic system constraints, using a quadratic programme (QP) algorithm. A linear programming (LP) algorithm was used for finding a sub-optimal operation point for the process in stationary state.

Producing fuel alcohol by extractive distillation: Simulating the process with glycerol

Los procesos de separación downstream en biotecnología hacen parte de las etapas que más inciden en el costo final del producto. En el mundo, la tendencia a reemplazar los combustibles fósiles por aquellos de origen renovable como el etanol, genera una demanda del mismo y la necesidad de optimizar los procesos de fermentación, tratamiento de vinazas y deshidratación. El presente trabajo aborda el problema de la deshidratación a través de la simulación del proceso de destilación extractiva de etanol azeotrópico utilizando glicerol como agente de separación. Las simulaciones fueron realizadas con el simulador de procesos Aspen Plus®, de Aspen Tech versión 11.1. El proceso simulado involucra dos columnas de destilación, una deshidratadora y una de recuperación de glicerol. Las restricciones de las simulaciones fueron la composición molar de etanol en el destilado de la columna deshidratadora y el consumo energético del proceso. Se evaluó el efecto de la relación molar de reflujo, la relación solvente alimento, la etapa de entrada de solvente y de alimento, la temperatura de entrada de solvente, sobre las restricciones elegidas. Los resultados muestran que el proceso de deshidratación de la mezcla etanol-agua con glicerol es eficiente desde el punto de vista energético.

Downstream separation processes in biotechnology form part of the stages having most impact on a products final cost. The tendency throughout the world today is to replace fossil fuels with those having a renewable origin such as ethanol; this, in turn, produces a demand for the same and the need for optimising fermentation, treating vinazas and dehydration processes. The present work approaches the problem of dehydration through simulating azeotropic ethanol extractive distillation using glycerol as separation agent. Simulations were done on an Aspen Plus process simulator (Aspen Tech version 11.1). The simulated process involves two distillation columns, a dehydrator and a glycerol recuperation column. Simulation restrictions were ethanols molar composition in dehydrator column distillate and the processs energy consumption. The effect of molar reflux ratio, solvent-feed ratio, solvent entry and feed stage and solvent entry temperature were evaluated on the chosen restrictions. The results showed that the ethanol-water mixture dehydration with glycerol as separation agent is efficient from the energy point of view.

Simulating mass public-transport systems

En este artículo se presenta un modelo de simulación para la evaluación del desempeño de un sistema de transporte público masivo (STPM). El prototipo resultante es flexible, tanto en la construcción del esqueleto de un STPM, como para el modelamiento de los eventos aleatorios característicos de este tipo de sistemas. El modelo final es una red de colas complementada con elementos adicionales como matrices origen-destino y grafos, que permiten considerar fenómenos propios de un STPM. El modelo de simulación responde, como es esperado, ante los cambios en los parámetros, y permite definir y evaluar medidas de desempeño típicas de las líneas de espera, como por ejemplo, tiempos de permanencia promedio en el sistema y en cola, longitudes esperadas de las colas, junto con otras medidas características de este tipo de sistemas.

A simulation model for evaluating the performance of a mass public-transport system (MPTS) is presented in this report. The final prototype was flexible both for constructing an MPTS skeleton and modelling random events characteristic of this type of system. The final model was a queuing network with other elements such as origin-destination matrices and graphs allowing typical MPTS phenomena to be considered. The simulation model reacted as expected to changes in the parameters and allowed defining and evaluating typical performance measurement for queues (e.g. mean time spent in the system and queue, expected queue length) as well as others representative of these systems.

Advanced techniques for evaluating instream flows in sustainable watershed management

La potencialidad de las corrientes fluviales ha fascinado al hombre por su capacidad para satisfacer las demandas crecientes del recurso hídrico superficial a escala temporal y espacial. Actualmente la idea de que los caudales naturales de un río deban reservarse para preservar el funcionamiento prístino del ecosistema resulta utópica, al menos en sociedades que progresan. Una ordenación eficaz del recurso hídrico se caracteriza por ser racional y ecosistémica, con una gestión fundamentada en un régimen de caudales ecológicos (RCE) que compagina los usos del agua asegurando una condición aceptable del ecosistema. Este trabajo analiza la problemática de la regulación de caudales y aborda la necesidad de fijar los RCE para salvaguardar la integridad ambiental. Se presentan los métodos para calcular caudales ecológicos y las pautas especificadas en la legislación colombiana. Con la pretensión de estipular un procedimiento para determinar los RCE en Colombia, se resume la metodología IFIM (Instream Flow Incremental Methodology), ampliamente utilizada en el mundo, y que consideramos aplicable en los sistemas fluviales locales. Finalmente, se concretan las pautas operativas básicas de IFIM y el procedimiento que optimiza el balance entre el coste y la confiabilidad de un estudio convencional de caudales ecológicos.

Rivers potential for satisfying growing water demands has always fascinated human beings. The current idea that a rivers natural flow should be reserved to conserve pristine dynamics is a utopian ideal, at least in countries having established a certain level of progress. Effective watershed planning is characterised by being rational and ecological, employing management based on instream flows (IF), combining water use and ensuring acceptable ecosystem conditions. This work addresses the environmental consequences of regulating rivers and focuses on the need to fix IFs to protect fluvial systems ecological integrity. The methods for calculating instream flows are presented as well as approaches provisionally specified in Colombias legislative framework. Instream flow incremental methodology (IFIM), which is widely used around the world, is summarised to provide a basis for developing a procedure for determining IFs in Colombia as it would seem applicable to local streams. IFIM basic operative rules are then summed up, as is the procedure optimising the balance between a conventional instream flow studys costs and reliability.

Joints in steel buildings

Los elementos de mampostería y los miembros de acero usados en la construcción de edificios se mantienen en constante movimiento. Los cambios volumétricos son producto de las variaciones de temperatura y las deformaciones producidas por las cargas estáticas o dinámicas, y en algunos materiales, por los cambios en el contenido de humedad dentro de los mismos, tal el caso de la mampostería. El presente artículo está dirigido a la determinación de cuándo se requieren juntas de expansión o sísmicas, y como proporcionarlas y diseñarlas con propiedad, específicamente en edificios de acero. No se incluye el estudio de las juntas en estructuras de concreto, en muros, ni otros elementos arquitectónicos.

Masonry and steel components used in constructing buildings are in a constant state of motion. Volumetric changes are produced by temperature variation and deformation resulting from static or dynamic loading and in some materials, such as masonry, due to moisture content. This article addresses means of determining when expansion and seismic joints are required and how to proportion and design appropriate joints, specifically in steel buildings. It does not cover the study of expansion joints in concrete structures, in masonry construction or in non-structural (architectural) elements.

Predicting remaining life in upper sugar-mill shafts

En este artículo se presenta un método basado en la mecánica de fractura para el cálculo del tamaño crítico de fisuras y la vida remanente de un eje de masa superior de molino de caña de azúcar, con fisuras semielípticas y circunferenciales. Debido a la presencia de un campo de esfuerzos multiaxiales es necesario usar en la ley de París un factor de intensidad de esfuerzos equivalente. Se obtuvieron los intervalos entre inspección requeridos para evitar una falla por fatiga de estos elementos. Para el cálculo de vida residual y tamaño de fisura máxima se considera la zona localizada en el cambio de diámetro del guijo más próximo al acoplamiento cuadrado, donde se encontró el 25% de las fallas.

A fracture mechanics-based method is presented for determining critical crack size and residual life of upper sugar-mill shafts having semi-elliptical and circumferential cracks. Due to the multiaxial stress field, an equivalent strain energy release rate stress intensity solution is used in Paris law to predict crack growth. Ultrasonic inspection intervals for the shaft were established. The crack zone evaluated was located in the shoulder of the bearing nearest to the square box coupling where about 25% of service failures in these types of shaft are observed.

Designing and constructing a controlled prototype for steel gaseous carburisation using alcohols

En esta investigación se realizó el diseño, construcción y prueba de un equipo a escala de laboratorio para tratamientos térmicos con atmósfera controlada para el estudio de la carburización gaseosa de aceros con alcoholes. El equipo posee las siguientes características: producción controlada de una atmósfera gaseosa compuesta hasta por tres gases y dos líquidos volátiles, una zona de reacción isotérmica, inerte y hermética, y una zona de análisis de gases que retiene sólidos y líquidos condensables y que cuenta con sensores de presión y de dióxido de carbono. Se hicieron ocho ensayos con el alcohol metílico, etílico, n-propílico, isopropílico y tertbutanol, encontrándose que el alcohol metílico carburiza y produce una baja cantidad de hollín pero profundiza poco en la pieza, el etanol descarburiza y forma grandes cantidades de hollín, el n-propanol, isopropanol y el tertbutanol proveen buenos potenciales de carbono y profundidades de capa con una gran formación de hollín y alquitrán, siendo en orden ascendente en producción de hollín y alquitrán el n-propanol, el tertbutanol y el isopropanol.

This article deals with designing, constructing and testing a laboratory scale apparatus for heat treatment with controlled atmosphere. The equipment was used for studying steel carburisation with alcohols. The equipment has an area for the controlled production of a gas atmosphere composed by up to 3 gases and 2 volatile liquids, an inert and hermetic isothermal reaction area and a gas analysis area which retains solids and condensable liquids. The equipment was provided with pressure and carbon dioxide concentration sensors. Eight experiments were carried out with methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol and tertbutanol as carbon source. The results showed that methanol caused carburisation but layer depth was small and produced a low quantity of soot, ethanol caused decarburisation and formed large quantities of soot, n-propanol, isopropanol and the tertbutanol provided good carbon potential and layers having good depth with good soot and tar production. Soot and tar production followed this order: n-propanol < tertbutanol < isopropanol.

**Evaluating, selecting and relevance software tools in technology monitoring**

El entorno actual de desarrollo industrial y empresarial ha planteado la necesidad de incorporar en el aparato productivo distintos elementos diferenciadores que permitan anticipar los cambios tecnológicos. En este contexto, la Vigilancia Tecnológica (VT) surge como una metodología enfocada a analizar estos cambios para identificar retos y oportunidades, apoyándose principalmente en las Tecnologías de la Información (TI), mediante la búsqueda, captura y análisis de datos e información. El presente artículo propone generar criterios para la escogencia y la utilización eficientes de las herramientas de software con distintas características, requerimientos, capacidades y costos, que pueden ser utilizados en la vigilancia. Inicialmente se realiza una aproximación a los distintos modelos desarrollados en VT, haciendo énfasis en la identificación y análisis de las diversas fuentes de información, por su cobertura, aporte al proceso de vigilancia, tipo de insumos informático y acceso. Posteriormente se proponen algunos criterios para la valoración, selección y análisis de pertinencia por contexto, de acuerdo al perfil y necesidad individual de cada institución o sistema productivo, para el uso de este tipo de herramientas. Finalmente se describen algunos de los paquetes de software existentes en el mercado para la realización de proyectos de vigilancia, relacionándolos con su complejidad, sus características de proceso y sus costos.

The current setting for industrial and entrepreneurial development has posed the need for incorporating differentiating elements into the production apparatus leading to anticipating technological change. Technology monitoring (TM) emerges as a methodology focused on analysing these changes for identifying challenges and opportunities (being mainly supported by information technology (IT) through the search for, capture and analysis of data and information. This article proposes criteria for choosing and efficiently using software tools having different characteristics, requirements, capacity and cost which could be used in monitoring. An approach is made to different TM models, emphasising the identification and analysis of different information sources for coving and supporting information and access monitoring. Some evaluation, selection and analysis criteria are given for using these types of tools according to each production systems individual profile and needs. Some of the existing software packages are described which are available on the market for carrying out monitoring projects, relating them to their complexity, process characteristics and cost.

Control and serial acquisition of ultrasonic signals with Matlab

Este artículo pretende brindar una introducción a la característica del programa MATLAB, a partir de la versión 6.1, de permitir la transferencia de datos a través del puerto serial para leerlos o escribirlos directamente desde su entorno, ya sea con el fin de soportar varias interfaces comerciales de instrumentación, o para manejar los puertos COM del PC. El trabajo toma como referencia un sistema microcontrolado diseñado con el fin de lograr un reconocimiento de formas de obstáculo mediante ecos ultrasónicos.

This article intends to introduce features of Matlab (version 6.1 onwards) which lets data be transferred through a serial port for reading it or writing it directly from Matlab. This can be done for supporting several commercial instrumentation interfaces or driving PC COM ports. This work is based on a micro-controlled system designed in such a way that the shape of an object can be recognised by ultrasonic echoes.

Rapid casting and new technologies in investment casting

Siendo el prototipado rápido un método de fabricación diferente de los tradicionales en que no remueve o deforma material sino que lo agrega para obtener las piezas que se han diseñado, es utilizado no solamente en la fabricación de productos terminados sino también en la elaboración de herramientas para agilizar diferentes procesos de manufactura. Este artículo introduce el prototipado rápido como técnica de apoyo al proceso de microfundición. Se hace una descripción corta de las diferentes técnicas que se han implementado hasta el momento y los materiales que sirven para elaborar los artículos de las diversas etapas del proceso en las que prototipado rápido interviene.

Rapid prototyping is a manufacturing process which is different to traditional methods as material is not removed or formed but added to obtain the designed pieces. It is not just used for manufacturing finished products but in manufacturing tooling for speeding up other manufacturing processes. This paper introduces rapid prototyping as a support technique for the lost wax process (investment casting). It gives a brief description of the different techniques implemented to date and materials used for making articles as part of the lost wax process.