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Cacao pod husks were used as raw material to obtain anti-corrosive extracts. The extraction was performed by adding 50 g of grinded husk to 300 mL of solutions of deionized water and ethanol, varying solvent concentration from 0 to 50% v/v, temperature from 28 to 50°C and extraction time from 2 to 5 hours. Then, the extracts were filtered and submitted to characterization tests. The anticorrosive activity was studied by weight loss analysis on A36 steel plates in 1M hydrochloric acid with variations of extract concentration (0, 1, 3, 7 and 10% v/v). A maximum corrosion inhibition efficiency of 91.13% was achieved with an extract concentration of 10% v/v. This extract was obtained with 16.1% v/v ethanol, at 50°C and during 5 hours of extraction time. The results proved that cacao pod husk is a suitable raw material for the production of corrosion inhibitors. Phenols were the predominant components in this extract and mainly account for its anticorrosive activity. The adsorption mechanism of the inhibitor on the metal surface was studied by Langmuir isotherm analysis and the results suggested the occurrence of a physisorption. RESUMEN Cáscara de la vaina del cacao se utilizó como materia prima para obtener extractos anticorrosivos. La extracción se realizó adicionando 50 g de cáscara molida a 300 mL de soluciones de etanol en agua desionizada, variando la concentración de solvente entre 0 y 50 %v/v, la temperatura desde 28 hasta 50°C y el tiempo de extracción entre 2 y 5 horas. Luego, los extractos se filtraron y se sometieron a pruebas de caracterización. La actividad anticorrosiva sobre placas de acero A36 sumergidas en ácido clorhídrico 1 M se estudió mediante el método de pérdida de peso, variando la concentración del extracto (0, 1, 3, 7 y 10 %v/v). Se logró una máxima eficiencia de inhibición a la corrosión de 91,13 % con una concentración de extracto de 10 %v/v. Este extracto se obtuvo con 1 6.1 %v/v de etanol, a 50°C y durante 5 horas de tiempo de extracción. Los resultados demostraron que la cáscara de la vaina del cacao es una materia prima adecuada para la producción de inhibidores de corrosión. Los fenoles son los componentes predominantes en este extracto; razón por la cual, la actividad anticorrosiva se le atribuye principalmente a ellos. El mecanismo de adsorción del inhibidor sobre la superficie metálica se estudió mediante un análisis con isoterma de Langmuir, los resultados indicaron la ocurrencia de una fisisorción. RESUMO Acasca da semente do cacau foi utilizada como matéria-prima na obtenção de extratos anticorrosivos. A extração foi feita pela adição de 50 g de casca moída a 300 mL de soluções de etanol em água desionizada, variando a concentração de solvente entre 0 e 50% v/v, a temperatura de 28 até 50°C e o tempo de extração entre 2 e 5 horas. Logo depois, os extratos foram filtrados e submetidos a testes de caracterização. A atividade anticorrosivo sobre chapas de aço A36 submergidas em ácido clorídrico 1 M foi analizada mediante o método de perda de peso, variando a concentração do extrato (0, 1, 3, 7 e 10 %v/v). Assim foi atingida uma máxima eficiência de inibição à corrosão de 91,13% com uma concentração de extrato de 10 %v/v. Esse extrato foi obtido com 16.1 %v/v de etanol, a 50°C e durante 5 horas de tempo de extração. Os resultados demonstraram que a casca da semente do cacau é uma matéria-prima adequada para a produção de inibidores de corrosão. Os fenóis são os componentes predominantes neste extrato; é por isso que atividade anticorrosivo é atribuída principalmente a esse componente. O mecanismo de adsorção do inibidor sobre a superfície metálica foi estudado mediante uma análise com isoterma de Langmuir, os resultados indicaram a ocorrência de uma fisisorção.

Colombia ha desarrollado un proyecto ambicioso en la producción de alcohol carburante, y actualmente es uno de los países líderes de América Latina en la producción de biocombustibles. No obstante, algunas de sus plantas industriales productoras de etanol presentan problemas durante el arranque y la operación de los fermentadores, que afectan adversamente la productividad del proceso global. Estudios teóricos y experimentales demuestran que el comportamiento dinámico del proceso depende de los fenómenos de estabilidad que exhibe el sistema. En este trabajo se muestra la influencia de las regiones de estabilidad sobre la eficiencia del proceso tomando como criterios de evaluación índices de impacto económico y ambiental. Para esto, se realizó un análisis de estabilidad donde se tomó como parámetro de operación principal la velocidad de dilución. Se empleó un programa propio desarrollado sobre Matlab® para generar diagramas de bifurcación y de fase. El algoritmo de reducción de residuos (WAR) desarrollado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, y el software SuperPro Designer®, fueron utilizados respectivamente para hacer la evaluación ambiental y económica del proceso. Como resultado, se evidenció que los procesos continuos de fermentación se pueden llevar a cabo en diferentes regiones de estabilidad, y que las variables de respuesta, tales como el rendimiento, dependen de la región de operación seleccionada. Finalmente, se llegó a la conclusión de que la evaluación de la estabilidad de los procesos de fermentación debe incluirse en las etapas de diseño de bioprocesos para garantizar su buen desempeño. Colombia has developed an ambitious project to produce fuel ethanol. Nowadays, Colombia is one of the leading countries in Latin America for the biofuels production. However, some of its industrial plants producing ethanol present problems during the startup and the operation of fermenters, which adversely affects the productivity of the global process. Theoretical and experimental studies show that the process’ dynamic behavior depends on the stability phenomenon exhibited by the system. This work shows the influence of the stability regions on the process’ efficiency. For this, economic and environmental index were used. A stability analysis was carried out. The dilution rate was selected as the main operating parameter. An own program developed on Matlab® was used to generate bifurcation diagrams and phase diagrams. The Waste Reduction Algorithm (WAR) developed by the Environmental Protection Agency of the United States, and the SuperPro Designer® software were used for estimating the environmental and economic assessment of the process. As a result, it was shown that continuous fermentation processes can be carried out in different stability regions. Likewise, it was shown that the response variables, such as the yield, depend on the selected operating region. Finally, it was concluded that the evaluation of fermentation processes’ stability must be included in the stages for designing of bioprocess in order to ensure a good performance.

Influence of bioreactor stability regions in the efficient production of fuel ethanol Título corto: Influencia de las regiones de estabilidad en la producción de alcohol carburanteResumen Colombia ha desarrollado un proyecto ambicioso en la producción de alcohol carburante, y actualmente es uno de los países líderes de América Latina en la producción de biocombustibles. No obstante, algunas de sus plantas industriales productoras de etanol presentan problemas durante el arranque y la operación de los fermentadores, que afectan adversamente la productividad del proceso global. Estudios teóricos y experimentales demuestran que el comportamiento dinámico del proceso depende de los fenómenos de estabilidad que exhibe el sistema. En este trabajo se muestra la influencia de las regiones de estabilidad sobre la eficiencia del proceso tomando como criterios de evaluación índices de impacto económico y ambiental. Para esto, se realizó un análisis de estabilidad donde se tomó como parámetro de operación principal la velocidad de dilución. Se empleó un programa propio desarrollado sobre Matlab® para generar diagramas de bifurcación y de fase. El algoritmo de reducción de residuos (WAR) desarrollado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, y el software SuperPro Designer®, fueron utilizados respectivamente para hacer la evaluación ambiental y económica del proceso. Como resultado, se evidenció que los procesos continuos de fermentación se pueden llevar a cabo en diferentes regiones de estabilidad, y que las variables de respuesta, tales como el rendimiento, dependen de la región de operación seleccionada. Finalmente, se llegó a la conclusión de que la evaluación de la estabilidad de los procesos de fermentación debe incluirse en las etapas de diseño de bioprocesos para garantizar su buen desempeño. Palabras clave: bioetanol, fermentación, análisis de estabilidad, impacto económico, impacto ambiental. Abstract Colombia has developed an ambitious project to produce fuel ethanol. Nowadays, Colombia is one of the leading countries in Latin America for the biofuels production. However, some of its industrial plants producing ethanol present problems during the startup and the operation of fermenters, which adversely affects the productivity of the global process. Theoretical and experimental studies show that the process’ dynamic behavior depends on the stability phenomenon exhibited by the system. This work shows the influence of the stability regions on the process’ efficiency. For this, economic and environmental index were used. A stability analysis was carried out. The dilution rate was selected as the main operating parameter. An own program developed on Matlab® was used to generate bifurcation diagrams and phase diagrams. The Waste Reduction Algorithm (WAR) developed by the Environmental Protection Agency of the United States, and the SuperPro Designer® software were used for estimating the environmental and economic assessment of the process. As a result, it was shown that continuous fermentation processes can be carried out in different stability regions. Likewise, it was shown that the response variables, such as the yield, depend on the selected operating region. Finally, it was concluded that the evaluation of fermentation processes’ stability must be included in the stages for designing of bioprocess in order to ensure a good performance.Key words: Bioethanol, fermentation, stability analysis, economical impact, environmental impact.

Este libro recoge los resultados técnicos, académicos y científicos del proyecto"Levantamiento de la infraestructura educativa, evaluación de su articulación al entorno agroindustrial y diagnóstico en tics" desarrollado por la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. En el Capítulo 2 se exponen algunos antecedentes relacionados con la génesis de ios primeros edificios consagrados a la instrucción pública en el Departamento de Caldas y la manera en que su existencia respondió durante décadas a una serie de vacilantes políticas regionales y nacionales en materia de infraestructuras. También se desarrolla un análisis general de los tipos de edificios hoy existentes, poniendo énfasis en la manera en que se ha desenvuelto su implantación sobre el terreno y la manera en que su distribución espacial interactúa con los sistemas constructivos y estructurales que les han permitido ser hoy una realidad. En el Capítulo 3 se describe, a través de una valoración de carácter cualitativo y cuantitativo, el estado de la infraestructura de los colegios públicos del Departamento de Caldas. En el Capítulo 4 se muestra la situación actual de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) en Colombia, y se presenta un diagnóstico de las condiciones de hardware y software de los establecimientos educativos del Departamento de Caldas. En el Capítulo 5 se presenta una descripción semi-cuantitativa de la oferta agropecuaria caldense basada en la información comparada de los datos que se recopilaron de distintas instituciones oficiales y privadas con intereses y registros en este sector económico. Igualmente, se expone la caracterización y ubicación de las actividades agroindustriales detectadas y se realiza una reseña de las empresas más importantes del sector. En el Capítulo 6 se expone una primera aproximación a las principales cadenas agroindustriales en el Departamento de Caldas, enmarcada desde la estructura general de los conceptos relacionados con la gestión de cadenas de abastecimiento y las realidades del contexto agrícola colombiano. En el Capítulo 7 se presentan consolidados los principales resultados de la evaluación realizada a los establecimientos educativos en cuanto a su potencial en agroindustria, y se define la línea de proceso agroindustrial más promisoria para cada colegio, según los recursos y ventajas que ofrece la región, y el impacto que genera sobre la población. El Capítulo 8 comprende la descripción de un software desarrollado por la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, para estimar el precio de venta de productos agroindustriales. Como ejemplo, se expone un proceso agroindustrial específico y se explican las aplicaciones del software, así como las condiciones técnicas para su uso. En el Capítulo 9 se desarrollan aproximaciones conceptuales sobre el tema de localización de instalaciones y se relaciona su importancia con la gestión de la cadena de abastecimiento. Se aborda un análisis preliminar de localización de instalaciones partiendo de un diagnóstico básico para el caso específico de la cadena agroindustrial de biocombustibles. En el Capítulo 10, que corresponde a un tema invitado, se presenta un ejemplo de un estudio que debe realizar a futuro el departamento de Caldas para estructurar mejor su matriz energética basada en biomasa. Se refiere a la situación actual de los principales sectores agroindustriales del Valle del Cauca, determinando en forma cualitativa los subproductos generados por dichos sectores, el uso potencial de sus subproductos como biomasa y los posibles tratamientos que se pueden aplicar a dichos residuos con el propósito de utilizarlos como combustible

En este trabajo, se formula una estrategia integral de diseño de biorreactores con el objeto de obtener procesos más eficientes desde un punto de vista técnico, energético y ambiental. La estrategia incluye una modificación del método convencional de diseño de biorreactores continuos de tanque agitado, en el cual las condiciones de operación se determinan con base en el análisis de estabilidad del biosistema. Los procesos de fermentación para la producción de etanol con la bacteria Zymomonas mobilis, y la levadura Saccharomyces cerevisiae fueron estudiados. Se analizó el efecto de la velocidad de dilución y la concentración de sustrato en la alimentación sobre la estabilidad de ambos sistemas. También, se analizó el efecto de la velocidad de flujo volumétrico de gas, la velocidad de agitación, el pH y la temperatura sobre la transferencia de masa en un sistema anaeróbico con agitación, con el fin de evaluar el comportamiento del fenómeno de desorción de CO2 en la fermentación con Saccharomyces cerevisiae. Para el análisis de estabilidad de los sistemas se implementó un método de optimización global en General Algebraic Modeling System GAMS en interfase con Matlab. También se utilizó el Aspen Custom Modeler (ACM) para modelar y simular el proceso de fermentación con el fin de determinar el comportamiento del sistema ante perturbaciones en los parámetros durante la operación. Un proceso de fermentación para producción de etanol con Saccharomyces cerevisiae se diseñó utilizando el método convencional de diseño de biorreactores. Las condiciones de operación determinadas se compararon con las establecidas para el mismo sistema con el método modificado. La productividad, el consumo de energía por agitación, el consumo de fluido de servicio para transferencia de calor, y el impacto ambiental potencial se utilizaron como criterio para establecer el diseño que garantiza el mejor desempeño del proceso. Los resultados indicaron que, con la nueva estrategia de diseño, es posible definir condiciones de operación apropiadas que garantizan el alcance y mantenimiento de un estado estable de alta productividad, en equilibrio con un razonable consumo de energía, y de fluidos de servicio / Abstract: In this work, an integral strategy to design bioreactors is formulated in order to obtaining technically, energetically and environmentally more efficient processes. The strategy includes a modification of the conventional method to design continuous stirred tank bioreactors, in which the operation conditions are etermined based on the stability analysis of the biosystem. The fermentation processes for ethanol production with the bacteria Zymomonas mobilis, and the yeast Saccharomyces cerevisiae were studied. It was analyzed the effect of the dilution rate and the feed substrate concentration on stability of both systems. Also, the effect of the gas volumetric flowrate, the agitation rate, the pH and the temperature on the mass transfer was analyzed in an anaerobic system with agitation, with the purpose of evaluating the behavior of the CO2 desorption phenomenon in the fermentation with Saccharomyces cerevisiae. A global optimization method was implemented in General Algebraic Modeling System (GAMS) in interface with Matlab to execute the stability analysis of the systems. Also the Aspen Custom Modeler (ACM) was used to model and to simulate the fermentation process with the purpose of determining the system behavior when the parameters are perturbed during the operation. A fermentation process for ethanol production with Saccharomyces cerevisiae was designed using the conventional method for biorreactor design. The determined operation conditions were compared with the established ones for the same system with the modified method. The productivity, the energy consumption for agitation, the consumption of service fluid for heat transfer, and the potential environmental impact were used as criteria to define the design that guarantees the process with best performance. The results indicated that, with the new design strategy, it is possible to define appropriate operation conditions that guarantee the reach and maintenance of a high productivity stable state in balance with reasonable energy and service fluids consumption. Doctorado