Revista de la Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

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Evaluation of the efficiency of a sequencing batch reactor treating slaughterhouse wastewater

El objetivo de esta investigación fue evaluar la eficiencia de un reactor por carga secuencial a escala laboratorio durante el tratamiento del efluente de un matadero de reses ubicado en el Estado Zulia, Venezuela, para lograr la remoción simultánea de materia orgánica, nitrógeno y fósforo. Se utilizó un reactor con un volumen útil de 2 L, una secuencia operacional anaeróbica-aeróbica-anóxica (An/Ae/Ax), un tiempo de retención celular de 25 días y dos tiempos de retención hidráulica, generando dos tratamientos, T1 con 10 h y T2 con 12 h. Los parámetros medidos al inicio y final de cada ciclo evaluado fueron: demanda química de oxígeno total (DQO T), demanda bioquímica de oxígeno (DBO5,20), nitrógeno total Kjeldahl (NTK), nitrógeno amoniacal (N-NH4+), nitrito (N-NO2-), nitrato (N-NO3), pH, alcalinidad total, sólidos suspendidos totales (SST) y volátiles (SSV) y fósforo total (PT). El efluente industrial se caracterizó por presentar una DQO T de 11748 mg/L, una DBO5,20 de 5176 mg/L, y un contenido de NT y PT de 554,2 y 17,3 mg/L, respectivamente. Se encontró que para ambos tratamientos (T1 y T2) se lograron valores promedios por encima del 89% de remoción de DQO T. Sin embargo, el tratamiento T2 con un TRH de 12 horas generó mayores rendimientos en cuanto a la eliminación simultánea de NTK (81%), N-NH4+ (81%) y NT (69%) que el tratamiento T1. De todos los parámetros analizados sólo el PT y pH, fueron los que a la salida del reactor cumplieron con los límites establecidos por la norma venezolana para la descarga a cuerpos de agua.

The treatment of wastewater from a cattle slaughterhouse was evaluated using a sequential loading reactor (SBR). The study was carried out using wastewater from a cattle slaughterhouse located in the Rosario de Perija, Zulia State, Venezuela. A sequencing batch reactor at laboratory scale was used with a working volume of 2 L, an anaerobic-aerobic-anoxic operating sequence (An/Ae/Ax) for simultaneous removal of organic matter and nutrients, two hydraulic retention times of 10 and 12 hours and a cell retention time of 25 days. The parameters measured at the beginning and end of each evaluated cycles were: chemical oxygen demand total (COD T), biochemical oxygen demand (BOD5,20), total Kjeldahl nitrogen (TKN), ammonia nitrogen (N-NH4+), nitrite (N-NO2-) , nitrates (N-NO3-), pH, total alkalinity, total suspended solids (TSS) and volatile (VSS), total phosphorus (TP), color and turbidity. The industrial effluent was characterized by a COD of 11748 mg/L, one BOD5,20 of 5176 mg/L, and a content of TN and TP of 554.2 and 17.3 mg/L, respectively. It was found that both treatments (T1 y T2) achieved above average values of 89% removal of DQO T. However, treatment T2 with an HRT of 12 hours generated higher yields in terms of the simultaneous removal of TKN (81%), N-NH4+ (81%), total nitrogen (TN) (69%) than T1. Of all the parameters analyzed, TP and pH were the only parameters at the reactor outlet that comply with the limits set by the Venezuelan standard for discharge of bodies of water.

Patterns of occupation of the territory in the middle basin of the tuy river and its impact on the quality of the water

El río Tuy, desde 1956, constituye una de las fuentes de abastecimiento hídrico para la región capital y presenta recurrentes problemas de calidad reportados previamente por varios autores. Con el propósito de suministrar información que apoye la toma de decisiones para la gestión integral de la cuenca, se describe la relación entre los patrones de ocupación del territorio y la variación de la calidad del agua en la cuenca media del río Tuy (CMRT). Se analizaron los estudios de caracterización realizados en la CMRT durante el período 1968-2008, y las tendencias en la calidad del agua reportadas fueron contrastadas con los patrones de ocupación territorial, identificables cualitativamente en imágenes aéreas y satelitales de cada zona, considerando las huellas territoriales documentadas. Se identificaron y caracterizaron los siguientes tipos de ocupación territorial: urbanización planificada y no planificada, zonas industriales, zonas agrícolas y embalses. Se encontró que las tendencias en los niveles de contaminación para el río coinciden con las variaciones en el tipo de ocupación y uso de los suelos. El origen de la contaminación es antrópico y alcanza el río debido a fallas en la gestión de la cuenca. Se recomienda implementar medidas efectivas para disminuir el impacto que se producirá en el cuerpo de agua, de continuarse urbanizando la zona como hasta ahora.

Since 1956, the Tuy River is one of the sources of water supply for the capital region and shows recurring problems of quality, previously reported by several authors. In order to provide information to support decision-making for the integral management of the basin, this work describes the relationship between the patterns of occupation of the territory and the variation in the quality of the water in the middle basin of the Tuy River (CMRT). Several CMRT characterization studies during the period 1968-2008 were analyzed. Trends in the quality of the water were compared with the reported patterns of territorial occupation, qualitatively identified by aerial and satellite imagery of each zone, taking into account the territorial footprints documented. We identified and characterized the following types of territorial occupation: planned and unplanned urbanization, industrial areas, agricultural areas and reservoirs. It was found that the trends in levels of pollution for the river coincide with variations in the type of occupation and use of the soils. The source of the contamination is anthropic and reaches the river because of flaws in the management of the basin. It is recommended to implement effective measures to reduce the impact that will occur in the body of water, if the urbanizing area continues as until now.

Diesel treatment with ozone to obtain an alternative fuel

Se estudió el tratamiento de un diésel comercial con ozono con el objetivo de mejorar las propiedades del combustible respecto al índice de cetano y a las emisiones indeseables. El tratamiento generó dos productos, una fase líquida y una fase sólida, ambos con peso molecular superior y tensión interfacial menor que el diésel original. En comparación con el diésel original, la fase líquida mostró un menor contenido de aromáticos y grupos carbonilos, y la fase sólida un mayor contenido de aromáticos y posiblemente de ácidos carboxílicos, aldehídos y cetonas. Empleando la fase sólida como agente surfactante, se formuló una microemulsión w/o (80 % p/p fase líquida y 0,6 - 0,5 % p/p fase sólida, 3 - 4,4 % p/p de 1-hexanol como co-surfactante, y 15 - 17 % p/p de agua). En relación con el diésel original, la fase líquida presentó un contenido de azufre equivalente a una desulfuración del 22% p/p y tanto la fase líquida como la microemulsión w/o presentaron una disminución del contenido de Ni y un aumento de la °API y del índice de cetano, indicando que ambos productos pueden emplearse como combustibles con mayor poder de ignición y menor toxicidad que el diésel original.

The treatment of a commercial diesel with ozone was studied in order to improve the properties of the fuel with regard to Cetane index and undesirable emissions. Two products were generated by the treatment, a liquid phase and a solid phase. Both products showed higher molecular weight and lower interfacial tension than the original diesel. Compared with the original diesel, the liquid phase showed lower content of aromatics and carbonyl groups, whereas the solid phase showed higher content of aromatics and probably of acidic, carboxylic, aldehydes and ketones. By using the solid phase as a surfactant, w/o microemulsión was formulated (80% p/p liquid phase and 0.6 - 0.5% w/w solid-phase, 3-4.4% w/w of 1-hexanol as co-surfactant, and 15-17% w/w of water). Compared with the original diesel, the liquid phase presented a sulphur content equal to a desulfurization of 22% w/w and both the liquid phase and the w/o microemulsion showed a decrease of Ni content and an increase of the °API and the cetane index, indicating that both products may be used as fuels with higher power of ignition and lower toxicity than the original diesel.

Seismic risk assessment of the housing buildings of the cities Guarenas and Guatire

Las ciudades Guarenas y Guatire constituyen la principal zona de expansión de población del área Metropolitana de Caracas y están expuestas a la posible ocurrencia de un sismo de moderada a gran intensidad, por ello evaluar la respuesta sísmica estructural del fondo habitacional de estas ciudades ante estos constituye un objetivo de gran importancia para su población y autoridades. El resultado de este trabajo permitió, utilizando la información estructural existente, determinar la vulnerabilidad y estimar las pérdidas materiales de las tipologías constructivas existentes y estimar las pérdidas humanas, además de proponer medidas generales de reforzamiento estructural, para continuar de manera sostenible el desarrollo urbanístico de estas ciudades. Entre sus resultados más notables se destacan que solo el 40% de la población de ambos municipios vive en edificaciones formales, más del 50% de estas edificaciones formales y el total de las edificaciones no formales de ambas ciudades se evalúan como de una vulnerabilidad alta. Toda esta información aparece cartografiada en un SIG para su uso por parte de las autoridades.

The Guarenas and Guatire cities are the main development area of the metropolitan region of Caracas, and are exposed to the possible occurrence of an earthquake of moderate to high intensity. For this reason, the evaluation of the structural seismic response of buildings housing in these cities plays an important role in the sustainable development. According to the existing structural information, the result of this work allowed assessing the vulnerability and estimating the material losses of the existing building typologies as well as the human losses. Additionally, it proposes guidelines of structural reinforcement, for the sustainable urban development in these cities. Among the most notable results are that only 40% of the population of both municipalities live in formal buildings, more than 50% of these formal buildings and the total of the non-formal structures of both cities are evaluated as high vulnerable. All this information is mapped into a GIS for use by the authorities.

Gas foil bearing construction

Desde los años sesenta los cojinetes de gas de láminas flexibles o Gas Foil Bearings (GFB) han sido utilizados en turbomáquinas de alto desempeño gracias a que permiten operar a altas velocidades con baja fricción, no utilizar sellos y el lubricante permanece estable en un amplio rango de temperaturas. Los GFB consisten en una lámina delgada (top-foil) apoyada sobre láminas corrugadas (bump foils) que actúan como resortes ante las cargas a las que está sometido el cojinete. En este trabajo se presenta la construcción de unos dispositivos capaces de conformar los elementos que componen un GFB tipo bump. Se realizó una revisión del diseño conceptual para complementarlo de acuerdo con los procesos de fabricación y materiales disponibles. Se procedió a la construcción y montaje de las piezas y se realizaron las primeras pruebas. Una de las ventajas de la propuesta es que los dispositivos construidos permiten fabricar distintas geometrías de las láminas top-foil y bump-foil. Los cojinetes obtenidos a partir de este prototipo servirán para conducir diversas mediciones y pruebas en el Laboratorio de Dinámica de Máquinas de la Universidad Simón Bolívar.

Since the seventies, Gas Foil Bearings (GFB) have been used in high performance turbomachinery, as they allow operating at high speeds with low friction, no seals are needed and the lubricant remains stable under a wide temperature range. GFB consist of a thin foil (top-foil) supported over corrugated foils (bump foils) that act as springs to the loads to which the bearing is subjected. This work presents the construction of the devices capable of forming the elements of a GFB bump-type. A conceptual design review was performed in order to complement it according to the manufacturing processes and materials available. Afterwards, the construction and assembly of parts were performed and the first tests were conducted. One of the advantages of the proposal is that the devices allow building different geometries for the top and bump-foils. The bearings obtained from this prototype will be used to perform various measurements and tests in the Machine Dynamics Laboratory.

Removal of organophosphorus pesticides in water with supported silica Fe₃O₄ magnetic nanoparticles

En este trabajo se evaluó la eficiencia de Nanopartículas, (Nps), magnéticas de Fe3O4 incorporadas en una matriz de sílice mediante el método sol-gel, como adsorbente de los pesticidas organofosforados: Chlorfenvifos (Chlorf) y Chlorpyrifos (Chlorp) en aguas de efluentes residuales. Las Nps de Fe3O4-SiO2 presentaron un tamaño promedio de 5 nm. Los límites de detección fueron de 1 μg L-1 y 2 μg L-1 para el Chlorf y el Chlorp respectivamente, obteniendo una precisión intradiaria del 2 % e inter-diaria del 3%. La isoterma de adsorción según Langmuir, reportó que el Chlorp fue la especie más adsorbida por el nano-adsorbente con una capacidad máxima de adsorción, Smáx de 0,70 ± 0,35 μg g-1, mientras que el Chlorf reportó un Smáx de 0,40 ± 0,12 μg g-1. El procedimiento fue ensayado en aguas residuales, alcanzando una remoción entre el 60 - 85% en los analitos. El mecanismo de adsorción de los pesticidas, se atribuye a la interacción entre estos compuestos apolares y las cadenas alifáticas de las micelas del Bromuro de hexadeciltrimetilamonio, CTAB, del adsorbente, dado que los porcentajes de los analitos en el líquido fueron inferiores al 10%.

This paper evaluates the efficiency of Fe3O4 magnetic nanoparticles embedded in silica matrix, by a sol-gel method, as adsorbent of two organophosphate pesticides, Chlorfenvifos (Chlorf) and Chlorpyrifos (Chlorp), in sewage. The Fe3O4- SiO2 Nps have an average size of 5 nm. The detection limits were 1 μ g L-1 for the Chlorf and 2 μ g L-1 for the Chlorp, obtaining an intra-day precision of 2% and inter-day 3%. According to the Langmuir adsorption isotherm, the Chlorp was identified as the more adsorbed species with Smax = de 0.70 ± 0.15 μg g-1, while Smax = 0.40 ± 0.12 μg g-1 for Chlorf. The procedure was tested on sewage, reaching analytes removal between 60 - 85%. The adsorption mechanism of pesticides is attributed to the hydrophobic interaction between these compounds and aliphatic chains of CTAB micelles, since the percentage of compounds in the liquid was less than 10%.

Capillary flow velocity at corners: comparison of two cross section area calculation methods

Esta investigación tuvo por objeto comparar los resultados de aplicar un modelo de aproximación de área de flujo de filamentos triangular y un modelo riguroso para el cálculo del área transversal de flujo. Se realizó un montaje experimental para visualizar el agotamiento de un puente de líquido dentro de un capilar debido a la formación y avance de filamentos en las esquinas. Se determinó la velocidad de agotamiento del puente de líquido para tres sustancias y, por medio de un balance de masa, el caudal desplazado por los filamentos líquidos. El área transversal de flujo para cada filamento fue determinada por dos modelos, uno aproximando el área a un triángulo y otro riguroso considerando la geometría de la esquina y la curvatura de la superficie libre de los filamentos. La velocidad de flujo de los filamentos también fue calculada para cada uno de los casos, considerando los efectos de la fuerza de gravedad despreciables. Los resultados para cada modelo fueron comparados y se encontraron diferencias significativas en el valor de las velocidades de flujo obtenidas en cada uno. El modelo riguroso proporcionó los valores más cercanos a los esperados dentro del régimen laminar para el flujo capilar. El modelo aproximado se alejó considerablemente de lo esperado, con diferencias que se incrementaron para ángulos de contacto menores debido al incremento de la curvatura de la superficie libre, llegando incluso hasta valores superiores al orden del 1000%. Se esperaría un incremento de las diferencias entre ambos modelos para radios de curvatura de esquina mayores (mayores imperfecciones). Se concluye que para el cálculo de las velocidades de flujo es necesario determinar el área transversal de los filamentos rigurosamente a fin de obtener resultados más cercanos a los reales.

This research was aimed at comparing the results of applying a model for approximating the flow area of triangular filaments and a rigorous model for calculating the flow cross-sectional area. An experimental setup was built to display the exhaustion of a bridge of liquid within a capillary due to the formation and advance of filaments the corners. The depletion rate for liquid bridge for three substances was determined as well as the flow rate displaced by the liquid filaments, by using a mass balance. The cross-sectional flow area for each filament was determined by two models, one approximating the area to a triangle and the other more rigorous considering the geometry of the corner and the curvature of the free surface of the filaments. The flow rate of the filaments was also calculated for each case, considering the effects of the gravity force negligible. The results for each model were compared and differences in the value of the flow rates obtained in each one were found. The rigorous model provided the closest values to the expected ones within the laminar regime for capillary flow values. The approximate model is considerably away than expected, with differences increased for smaller contact angles due to increased curvature of the free surface, reaching even higher values of the order of 1000 %. An increase in the differences between the two models for bending radii larger corner (major imperfections) would be expected. We conclude that for calculating the flow velocities, the cross sectional area of the filaments must be strictly determined, in order to obtain values closest to the actual results.

Natural zeolite as adsorbent of urea

Una zeolita phillipsita natural iraní fue caracterizada mediante las técnicas analíticas usuales: difracción de rayos X (DRX), infrarrojo con transformada de Fourier FT-IR, y medidas de área específica superficial BET. Esta zeolita phillipsita fue puesta en contacto con diferentes concentraciones de la toxina urémica urea. Después del contacto con las soluciones de urea, se aplicaron distintos modelos de adsorción, tales como: Langmuir, Freundlich y Langmuir-Freundlich, con el propósito de comparar los mejores ajustes de cada una de ellas. Los resultados revelaron una etapa inicial de la formación de la monocapa para dar luego con la formación de multicapa que se corresponde con el sistema de Langmuir-Freundlich.

An Iranian natural phillipsite zeolite was characterized by different techniques such as: X-ray diffraction, Fourier- Transformed spectroscopy (FT-IR) and BET specific surface area measurements. The phillipsite zeolite was contacted with urea solutions of different concentrations. After the contacting, different adsorption models were assessed such as: Langmuir, Freundlich y Langmuir-Freundlich. Results showed the formation of a urea monolayer, at an early stage and finally a urea multilayer was formed, in concordance with the Langmuir-Freundlich model.

On the accuracy in the determination of diffusivity constants in hydrogels by numerical simulation

La precisión de los esquemas numéricos empleados para discretizar la ecuación de difusión, es de gran importancia en la asignación de la constante de difusividad que mejor representa la penetración de un solvente en un hidrogel. Se comparan los valores obtenidos para la difusividad de un solvente en un hidrogel, determinada mediante dos metodologías diferentes, desarrolladas utilizando esquemas basados en diferencias finitas y elementos finitos, basadas en la discretización de la ecuación de difusión que modela el proceso de penetración del solvente en el hidrogel, determinando, al mismo tiempo, el cambio de volumen del mismo. La aplicación se realiza en muestras de hidrogeles de Poliacrilamida. Las constantes de difusividad fueron obtenidas por ajuste de las predicciones numéricas con los resultados experimentales. Los resultados alcanzados permiten concluir que importantes variaciones en la constante de difusión, en una misma muestra, se obtuvieron dependiendo de la metodología numérica utilizada. En consecuencia, una revisión profunda de las metodologías utilizadas para estimar los distintos parámetros asociados con los modelos de difusión debe ser realizada. Adicionalmente, se analizó la poca influencia de las incertidumbres de las distintas variables en la estimación de la difusividad, los valores específicos de la relación radio/espesor que corresponden al proceso de hinchamiento más lento y el efecto de las variaciones en la concentración de equilibrio en la dinámica del hinchamiento.

The accuracy of the numerical schemes used for discretizing the diffusion equation is of great importance for determining the value of the diffusivity constant that best represents the diffusion of a solvent in a hydrogel. In this paper we compare the values obtained for the diffusivity constant of a solvent in a hydrogel, by using two different methodologies based on finite difference and finite element schemes respectively. These methodologies consider the discretization of the diffusion equation to model the process of penetration of the solvent in the hydrogel, while modeling the volume change of the hydrogel. The specific application of both approaches is performed on cylindrical samples of polyacrylamide hydrogels. Diffusivity constants were determined by fitting the numerical predictions with experimental results. Numerical results show that huge differences in the values of diffusivity constant were obtained depending on the numerical method used, requiring, therefore, a thorough review of the methodologies used so far. Additionally, little influence of the uncertainty of parameters in diffusivity law was observed in the estimated diffusivity; specific values of the radius / thickness ratio corresponding to slower swelling process were calculated, and finally the effect of variations in the equilibrium concentration in swelling dynamics was determined.

Relevance of the raw material factor in a ceramic industrial process: A venezuelan case-study

Frente a los problemas de calidad experimentados en producción por muchas empresas cerámicas venezolanas, una de las respuestas consiste en realizar, en los diversos sectores de las minas proveedoras, un análisis no solamente de la composición química o de la granulometría de la materia prima, sino también de las propiedades más relevantes involucradas en el proceso productivo. Al identificar y discriminar zonas o clusters de propiedades similares dentro de la mina, y al determinar correlaciones satisfactorias entre la composición y dichas propiedades, es factible anticipar el impacto de cualquier lote que ingrese a la planta, ajustar su efecto en el proceso productivo y prevenir las variaciones que generan pérdidas de producción o de calidad. El presente estudio de caso aplica los aspectos mencionados a los parámetros claves de una planta productora de baldosas que recurre a una sola mina de arcilla. Los resultados confirman claramente el peso del factor Materia Prima en las pérdidas de calidad y ratifican el carácter obligatorio de políticas técnicas y gerenciales apropiadas, tales como la zonificación de la mina, la homogenización de la materia prima y/o el ajuste oportuno de los parámetros de trabajo en el proceso.

In order to respond to quality issues experimented in Venezuelan ceramic companies, the chemical and granulometric analysis of raw material should be combined with the measurement of its most relevant processing properties. By identifying clusters inside the mine with similar properties and finding reliable correlations between composition and these properties, the impact of any incoming batch may be anticipated, and it is possible to regulate its effect in the process and avoid excessive changes that cause production and quality losses. The present case study applies this principle to the key parameters of a tile making plant that uses one single clay mine. The results clearly show the strong effect of the raw material factor on the quality losses and confirm the compulsory nature of appropriate technical as well as managerial policies, such as zoning or homogenization of raw material in the mine and/or timely adjustment of working parameters in the process.