Simulación y control del proceso de cristalización de azúcar de caña por lotes a vacío con un enfoque de diseño directo

La industria azucarera en México actualmente no cuenta con sistemas de control eficientes en sus procesos para obtener productos con Distribución de Tamaño de Cristal (DTC) especifica, e incluso en algunos ingenios azucareros aún se sigue laborando con personal que mide de forma cualitativa y empírica la DTC en el lote, dando como consecuencia un producto con alta variabilidad. Por ello se ha desarrollado esta investigación para dar solución a una de las problemáticas de la industria azucarera en México: el manejo y control de la sobresaturación en la primera zona metaestable de la cristalización de mieles en el área de refinado. Para lo anterior se ha implementado una estrategia de tipo C-Control con un enfoque de diseño directo el cual está basado en el estudio de las zonas metaestables para la identificación de una región de operación que permita favorecer el crecimiento de cristales (sembrados) y evitar la nucleación espontanea. En la bibliografía existen muchos estudios que aplican un enfoque de primeros principios a partir de modelos matemáticos basados en balances de materia, energía y población, con el objetivo de optimizar algunas variables cuantitativas o cualitativas del proceso (DTC, masa de cristales, densidad, temperatura, presión de vacío, etc.), pero en cristalización el enfoque del diseño directo, ha sido poco estudiado a nivel planta piloto, lo anterior se debe principalmente a la dificultad de tener laboratorios con equipos sofisticados o al costo elevado de realizar experimentos en planta. Con la planta piloto ubicada en la División de Estudios de Posgrado e Investigación del Instituto Tecnológico de Orizaba, fue factible implementar la estrategia C-Control de la sobresaturación con enfoque del diseño directo para evaluar experimentalmente y modelar los límites de las zonas de concentración (zona insaturación, primer y segunda zona metaestable y zona lábil) en la cristalización de azúcar de caña en términos de densidad, encontrándose que el ancho de las zonas aumenta de forma no lineal conforme la temperatura de saturación disminuye en un rango de 70 a 40 °C, lo cual es discordante con lo reportado en la literatura actual en donde se considera que para este mismo rango de enfriamiento el ancho de las zonas metaestables para una solución de azúcar de caña permanecen constantes (lineales). También se estableció la cinética de crecimiento del cristal a través de los límites. También se estudió mediante simulación dinámica el comportamiento en estado estático de cristalizadores continuos tipo tanque agitado. A pesar de que la sustancia de trabajo en este estudio fue sulfato de amonio-agua (sistema polar con transferencia de masa rápida) y no azúcar de caña-agua (sistema no polar con transferencia de masa lenta), el ejercicio de simulación fue el primer acercamiento en el estudio de la cristalización, en donde a partir de los resultados obtenidos por simulación dinámica se pudo inferir que si se deseaba controlar la sobresaturación, era necesario obtener las curvas de concentración de equilibrio y/o metaestables. Los sistemas de cristalización en continuo en donde su respuesta transiente se ha estabilizado, no presentan variaciones significativas en la sobresaturación del sistema, lo que origina cristales homogéneos de tamaño aceptable. Sin embargo, la operación en continuo bajo ciertas condiciones de operación (concentración de alimentación, temperatura y tiempo de residencia) y en especial para tiempos de residencia grandes es altamente inestable y difícil de ser controlada. Otro estudio realizado en este trabajo consistió en el uso de un método de análisis fractal (análisis de fluctuación con remoción de tendencia (DFA) por sus siglas en ingles), para el estudio de patrones en el crecimiento de los cristales fijando como variable de estudio el diámetro promedio relativo al volumen (D(4,3)). El estudio se enfocó en el exponente de escalamiento y la dimensión fractal másica para dar seguimiento a la cristalización, encontrándose que existe una relación entre el D(4,3) y la dimensión fractal másica. Estos resultados proporcionaron un seguimiento de la evolución de la cristalización, incluyendo los efectos del crecimiento durante el periodo inicial y la posible ocurrencia de enucleación secundaria y mecanismos de atrición debidos a cambios en el modo de operación y densidad alta de cristales formados. Usando este método también es posible definir o visualizar los límites de concentración metaestables

Caracterización dinámica y control de un secador de lecho fluidizado por lotes

En el proceso de secado de materiales orgánicos en lechos fluidizados se presentan fenómenos simultáneos de transferencia de calor y masa; la eficiencia de este proceso de secado con respecto a otros es mejor debido a la gran área de contacto existente entre el fluido secante y el sólido y a altos coeficientes de transferencia de masa y calor. El principal objetivo en este proceso es llevar el producto al contenido de humedad deseado en el menor tiempo posible y sin dañarlo. En el caso de que existan variaciones en las variables del proceso es necesario introducir un sistema de control para mantener la humedad del producto cerca de los valores deseados. El sistema de control también se puede utilizar para optimizar el tiempo de secado y/o el consumo de energía. En este trabajo se simuló, caracterizó y controló un secador de lecho fluidizado por lotes mediante un modelo simplificado del proceso. Como primer punto, se identificaron las variables del proceso, posteriormente se realizó un análisis de sensibilidad perturbando las variables manipulables para determinar cuál o cuáles son las que más influyen sobre la respuesta del proceso. Se implemento un esquema de control retroalimentado para dos tipos de controladores P y PI, manipulando la temperatura del aire a la entrada. Los mejores resultados se obtuvieron con el controlador PI ya que el tiempo en alcanzarse la humedad final deseada en el sólido fue un 50% menor del tiempo del proceso a lazo abierto, manteniendo la temperatura por debajo de los valores que producen daños térmicos al producto

Thermal Storage Systems Assessment for Energy Sustainability in Housing Units

In order to achieve greater enhancements in energy sustainability for housing, the function and efficiency of two different passive cooling systems were studied: encapsulated water in recycled bottles of Polyethylene terephthalate (PET) and polystyrene plates, in comparison with standard concrete slab systems, which are customarily used in housing. Experiments were placed over a tile surface, in which temperature changes were monitored for a period of 20 days from 08:00 to 20:00. The efficiency of passive thermal storage systems was endorsed through statistical analysis using the “SPSS” software. This resulted in a 17% energy saving, thus promoting energy sustainability in housing units, which reduces the use of electrical appliances required to stabilize conditions to achieve optimum thermal comfort for the human body inside a house, therefore, reducing electrical power consumption, CO2 emissions to the atmosphere and generating savings. Due to the complexity of a system with temperature changes, a fractal analysis was performed for each experimental system, using the “Benoit” software (V.1.3 with self-compatible tools of rescaled range (R/S) and a wavelets method), showing that the thermal fluctuations on the tiles with the thermal storage system adapt to the rescaled range analysis and the regular tiles adapt to the wavelets method

Neotropical ornithology: Reckoning with historical assumptions, removing systemic barriers, and reimagining the future

A major barrier to advancing ornithology is the systemic exclusion of professionals from the Global South. A recent special feature, Advances in Neotropical Ornithology, and a shortfalls analysis therein, unintentionally followed a long-standing pattern of highlighting individuals, knowledge, and views from the Global North, while largely omitting the perspectives of people based within the Neotropics. Here, we review current strengths and opportunities in the practice of Neotropical ornithology. Further, we discuss problems with assessing the state of Neotropical ornithology through a northern lens, including discovery narratives, incomplete (and biased) understanding of history and advances, and the promotion of agendas that, while currently popular in the north, may not fit the needs and realities of Neotropical research. We argue that future advances in Neotropical ornithology will critically depend on identifying and addressing the systemic barriers that hold back ornithologists who live and work in the Neotropics: unreliable and limited funding, exclusion from international research leadership, restricted dissemination of knowledge (e.g., through language hegemony and citation bias), and logistical barriers. Moving forward, we must examine and acknowledge the colonial roots of our discipline, and explicitly promote anti-colonial agendas for research, training, and conservation. We invite our colleagues within and beyond the Neotropics to join us in creating new models of governance that establish research priorities with vigorous participation of ornithologists and communities within the Neotropical region. To include a diversity of perspectives, we must systemically address discrimination and bias rooted in the socioeconomic class system, anti-Blackness, anti-Brownness, anti-Indigeneity, misogyny, homophobia, tokenism, and ableism. Instead of seeking individual excellence and rewarding top-down leadership, institutions in the North and South can promote collective leadership. In adopting these approaches, we, ornithologists, will join a community of researchers across academia building new paradigms that can reconcile our relationships and transform science. Spanish and Portuguese translations are available in the Supplementary Material.• Research conducted by ornithologists living and working in Latin America and the Caribbean has been historically and systemically excluded from global scientific paradigms, ultimately holding back ornithology as a discipline.• To avoid replicating systems of exclusion in ornithology, authors, editors, reviewers, journals, scientific societies, and research institutions need to interrupt long-held assumptions, improve research practices, and change policies around funding and publication.• To advance Neotropical ornithology and conserve birds across the Americas, institutions should invest directly in basic field biology research, reward collective leadership, and strengthen funding and professional development opportunities for people affected by current research policies.Peer reviewe