Las series numéricas infinitas en la India en los siglos VI al XVI

En la historia de las matemáticas se hace un gran énfasis en el desarrollo logrado por los matemáticos europeos, desde los griegos hasta el presente. A manera de anécdota se describen los avances de algunos pueblos no europeos como los egipcios, chinos, hindúes, mayas, etc., pero siempre indicando el avance inferior logrado en sus matemáticas en comparación con los pueblos europeos. En este trabajo se muestran algunos de los avances de los matemáticos de la antigua India, y en particular los avances alcanzados en la expansión de funciones en series de funciones así como sus aplicaciones para el cálculo de tablas de funciones trigonométricas y las aproximaciones del valor de pi con hasta 12 decimales exactos

Imaging cytometry technology for environmental and biomedical applications

Early detection of microorganisms in environmental and biomedical applications is critical for the effective response to potential pathogenic treats. Most traditional methods and instrumentation for the analysis of these samples are becoming obsolete due to the fact that they are time-consuming and have long response times. Modern solutions are limited to high-end centralized facilities and specialized trained personnel, given their high-cost and complexity. There is thus a clear need to develop and introduce low-cost, easy to use, high-performance devices capable of rapidly identifying and quantifying pathogenic microorganisms in environmental and biomedical samples. The work behind this thesis was devoted to the design, development and validation in relevant industrial environments of two image cytometry devices capable of characterizing biological and industrial samples in terms of their microorganism content. Bringing a potentially high-impact solution to the current industry need. The first technology, defined within the context of this thesis as Fourier image cytometry, is an optical device capable of increasing the sample volume tested when compared to traditional state-of-the-art counterparts. By evaluating the sample in the Fourier domain, the device is capable of measuring characteristics of particulate within a sample volume larger than other imaging systems. The result is an enhancement of both field of view (FOV) and depth of field (DOF) of the target sample. Furthermore, the implementation of the Fourier image cytometer in this thesis is a portable and compact device comprising of low-cost optics and electronics. The design of the entire device was performed with the objective to minimize the cost and maximize the capabilities. This was possible mainly due to the recent advances in image sensor technologies that simplify the device’s optics. In our Fourier imaging cytometry, LED light sources and conventional achromatic optical lenses are at the basis of device’s optics as opposed to high-end lasers or optical microscopes. For the detection scheme, a CMOS image sensor was used. After optimizing the prototype and going through rigorous validation in a laboratory, the Fourier image cytometry introduced in this thesis was validated in two relevant industrial environments. The device was tested using real environmental samples. In the first industrial validation, it was used for the microorganism’s identification and quantification in water coming from cooling towers. The second industrial validation used a further optimized implementation of the cytometer to analyze fresh and marine waters for their microorganism population, specifically phytoplankton within the context of ballast water and ballast water treatment systems. The second image cytometry designed, developed and implemented within the scope of this thesis, focused on detection of microorganisms spread over surfaces. Following the motivation for low-cost compact devices, a Surface cytometer was designed. The Surface cytometer is an optical device capable of quantifying bacterial population over a surface of over 300 mm2. The device was completely autonomous thanks to the integration of a single-board computer within its design. The light source and detection scheme continued to be LED source and CMOS sensor detection. Similarly to the validation process of the Fourier cytometer, the Surface cytometer was tested in controlled samples in a laboratory environment, before it was put to test on a biomedical application for bacterial growth monitoring and compared to standard devices of measurement of optical density, used today in the industry. In summary, in this thesis we present two novel image cytometers and three clear industrial applications in which the devices were validated. This clearly indicates the potential of image cytometry as an effective low cost and portable tool for the analysis of microorganisms in the environmental and biomedical sectorLa detección temprana de microorganismos en aplicaciones ambientales y biomédicas es crítica para la respuesta efectiva a posibles amenazas patogénicas. La mayoría de los métodos e instrumentos tradicionales para este tipo de análisis están casi obsoletas, debido a los esfuerzos que requieren y sus largos tiempos de respuesta. Las soluciones modernas se limitan a instalaciones centralizadas de alta gama y personal especializado, esto debido a su alto coste y complejidad. Existe una clara necesidad de desarrollar e introducir dispositivos de bajo costo, fáciles de usar y de alto rendimiento capaces de identificar y cuantificar rápidamente microorganismos patogénicos en muestras ambientales y biomédicas. El trabajo detrás de esta tesis se dedicó al diseño, desarrollo y validación en entornos industriales relevantes de dos dispositivos de citometría de imagen. La primera tecnología, definida como citometría de imagen de Fourier, es un dispositivo óptico capaz de aumentar el volumen de muestra capturado en comparación con las tecnologías tradicionales y el estado del arte. Al evaluar la muestra en el dominio de Fourier, el sistema es capaz de medir las características de las partículas dentro de un volumen de muestra mayor que los sistemas de imágenes comparativos. El sistema resultante mejora tanto el campo de visión (FOV, por sus siglas en inglés) como la profundidad de campo (DOF, por sus siglas en inglés) de la muestra. Además, la implementación del citómetro de imagen de Fourier en esta tesis es un dispositivo compacto y portátil compuesto por componentes ópticos y electrónicos de bajo coste. El diseño de todo el sistema se realizó con el objetivo de minimizar el coste del sistema y maximizar sus prestaciones. Esto fue posible principalmente debido a los recientes avances en las tecnologías de sensores de imagen que nos permitieron simplificar la óptica del dispositivo. En esta implementación de la citometría de imagen de Fourier, fuentes de luz LED y las lentes ópticas acromáticas convencionales comprenden la óptica del sistema en lugar de láseres de alta gama u objetivos de microscopios ópticos. Para el esquema de detección se utilizó un sensor de imagen CMOS. La citometría de imagen de Fourier presentada en esta tesis también fue validada en dos entornos industriales relevantes. El sistema se probó utilizando muestras ambientales reales. En la primera validación industrial, el sistema se utilizó para la identificación y cuantificación del microorganismo en el agua proveniente de torres de refrigeración. En la segunda validación industrial se analizaron aguas dulces y marinas, y su población de microorganismos, específicamente la cuantificación de phytoplankton en el contexto de sistemas de tratamiento de aguas de lastre. La segunda citometría de imagen diseñada, desarrollada e implementada dentro del alcance de esta tesis se centró en la detección de microorganismos sobre superficies. Siguiendo la motivación de los dispositivos compactos de bajo costo, se diseñó un citómetro de superficie. El citómetro de superficie es un dispositivo óptico capaz de cuantificar la población bacteriana en una superficie de más de 300 mm2. El dispositivo es completamente autónomo gracias a la integración de una computadora de placa única dentro de su diseño. La fuente de luz y el esquema de detección continuaron siendo LED y sensor CMOS. De manera similar al proceso de validación del citómetro de Fourier, el citómetro de superficie se probó en muestras controladas en un entorno de laboratorio, antes de someterse a prueba en una aplicación biomédica para el monitoreo del crecimiento bacteriano y se comparó con los sistemas estándar de medición de densidad óptica, utilizados hoy en día. en la industria. En resumen, en esta tesis presentamos dos nuevas tecnologías de citometría, junto con dos dispositivos de alto rendimiento y tres aplicaciones industriale

Los valores de papantla y la trigonometría

En este trabajo abordamos el diseño de una actividad didáctica cuya finalidad involucra el uso de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación para ser lo que llamamos una actividad didáctica en línea. Basados en la teoría de las situaciones didácticas proponemos la creación de situaciones a-didácticas que permitan a los estudiantes crear conceptos relacionados con la trigonometría utilizando actividades didácticas en línea que exploten las características de internet. Los diseños están dirigidos a estudiantes de escuelas secundarias (12 a 15 años) del sistema educativo del estado de Veracruz en México

Las actividades en línea, una propuesta para la enseñanza de las matemáticas

En este trabajo se aborda la aplicación de actividades didácticas en línea para la enseñanza de las funciones trigonométricas seno y coseno a estudiantes de nivel medio superior, así como se realizó el análisis de las respuestas obtenidas por los alumnos. Las actividades fueron aplicadas a estudiantes de los primeros semestres de un centro de estudios científicos y tecnológicos en la Ciudad de México. Las sesiones fueron grabadas en video. Para realizar el análisis de las respuestas se utilizó la teoría de la génesis instrumental en conjunción con la teoría de los campos conceptuales. Las respuestas obtenidas permiten darnos una idea de cómo los estudiantes van construyendo el concepto de parámetro y el papel que desempeñan los parámetros en las variaciones de la gráfica de una función

Resultados de una investigación utilizando el modelo de van hiele en el estudio de dos propiedades de la circunferencia aplicando Cabri

En esta investigación se analiza el nivel de razonamiento geométrico, de acuerdo a la escala de Van Hiele (Braga, 1990), de un grupo de estudiantes de bachillerato al trabajar con dos propiedades de la circunferencia, para que en otra etapa de la investigación se pueda emplear como recurso tecnológico el software de Geometría Dinámica Cabrí Géomètre. En la segunda etapa haciendo uso de la teoría de la visualización y el software Cabrí pudimos lograr que a partir del nivel en que se encontraban los estudiantes lograran pasar al siguiente nivel

Construcción del concepto de serie infinita en alumnos de bachillerato que no han cursado cálculo

En este trabajo nos interesa el saber si el alumno es capaz de construir el concepto de convergencia de una serie infinita, sin usar cálculo diferencial e integral. Para lo cual se diseñó una actividad didáctica que nos permitiera determinar la forma en que los estudiantes trabajan con los elementos de una serie infinita, tanto gráfica como numéricamente. Durante la aplicación de la actividad los alumnos tuvieron total libertad para trabajar y argumentar sus acciones. Los resultados que surgen de los primeros análisis nos indican que las respuestas obtenidas son semejantes a las que proporcionan alumnos de nivel superior

Kinetic study of methanol dehydration over Zro2 supported-activated carbons

The growing concerns about climate change and energy consumption have been the driving force in seek of alternative fuels such as DME, mainly produced via methanol dehydration over a solid acid catalyst. The use of activated carbons for this aim has been little studied up to date. Only a few studies can be found in the literature, reporting all of them materials with a low thermal stability of the acid surface groups, which results into a fast deactivation of the catalyst. In this work, the preparation of activated carbons via chemical activation with phosphoric acid, their modification with different ZrO2 loads, and their application as methanol dehydration catalysts have been studied. The catalytic results showed that the best methanol conversion and selectivity towards DME were achieved with the activated carbon prepared with an impregnation mass ratio value (H3PO4 /precursor) of 2 and an activation temperature of 800 ºC, loaded with a 7 % (wt) of ZrO2 . This catalyst exhibits high steady state methanol conversion values even at temperatures as high as 400 ºC (XCH3OH= 80%, 0.1 g·s/μmol, PCH3OH= 0.08 atm in helium), keeping a selectivity to DME higher than 96%. The effect of oxygen in the reaction atmosphere was also analysed. In this sense, an increase of 15 % in the DME yield was obtained when using air instead of helium as reaction atmosphere (350 ºC, 0.1 g·s/μmol, PCH3OH= 0.04 atm). A kinetic study has been carried out on this catalyst in which two mechanisms (Eley Rideal and Langmuir Hinshelwood) for methanol dehydration have been analysed. The models proposed also consider the presence of oxygen in the reaction media.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech. MINECO (CTQ2015-68654-R). MECD (FPU13/02413)

On the deactivation of Zr-loading P-containing mesoporous carbon catalyst during methanol dehydration

Dimethyl ether (DME) has received much attention in the last few years due to its potential use as a diesel substitute and it can be obtained from dehydration of biomass-based methanol. γ-Alumina, ZSM-5 and HPAs were tested as catalysts. A carbon-supported zirconium phosphate catalyst was synthesized and tested for methanol dehydration reaction in a high temperature range. Carbon matrix was produced by olive stone waste activated with phosphoric acid (mass acid to olive stone ratio of 2:1) at 800ºC for 2 h. Then, after washing with distilled water and sieving between 100-300μm, the obtained carbon was impregnated with ZrO(NO3)2 and thermal treated at 250ºC for 2 h. Reaction was performed in a fixed-bed reactor at a space time of 75 gcat·s/mmolCH3OH, a partial pressure of 0.04 atm of methanol and temperatures between 450-600ºC. Deactivated samples were exposed to air at 350ºC for 100 min to study the catalyst regeneration. The catalyst showed a high selectivity to DME (≥95%) and an acceptable conversion at Tª lower than 400ºC without noticeable deactivation. At T>400 ºC, deactivation was detected, due to coke deposition, whose rate increases with operating temperature. However, a high selectivity to DME was observed (above 65%) even at very long times on stream (tos). N2 adsorption results pointed out that deposition of coke took place mainly on the surface of the narrow micropores of the catalyst, blocking much of this narrow porosity at long tos. According to XPS analysis, superficial concentration of phosphorus and zirconium were also diminished with coke deposition, although zirconium was decreased to a larger extend. A kinetic model was developed for the catalyst deactivation during methanol dehydration under different reaction conditions, based on coke deposition.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Study of the turbulent mixing of confined coaxial jets

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200

Strategic situation, design and simulation of a biorefinery in Andalusia

In a lignocellulosic feedstock based biorefinery, biomass can be transformed in several products, with different chemical and/or agro-industrial applications, and energy (biofuels). The use of biomass waste is strongly advocated under European Union (EU) legislation in order to help achieve the climate and energy targets of the EU for 2020 and beyond. In this context, this study was focussed on the design and simulation of a biorefinery to mainly obtain ethanol and DME. These biofuels were obtained from waste forestry and agricultural waste biomass collected near the area where the biorefinery plant was proposed to be installed, to minimize the transportation costs and to promote the valorization of the biomass waste generated in this region. Moreover, the industrial applications of the possible obtained by-products were evaluated to minimize the environmental impacts and to make the biorefinery more sustainable. The central area of Andalusia was selected as the most adequate area to develop the installation of the biorefinery plant. Two commercial simulation software, such as Aspen HYSYS® and UniSim®, were used to design and size the equipments and to simulate both production lines. One of the most important achievements of this biorefinery is the possibility of obtaining 42,700 T y-1 of ethanol with a purity of 96%, which supposes a 16.5% of the Spanish national production in 2016, and 137,850 T y-1 of DME, with a purity of 99.99%. from these biomass waste Both compounds can be used as alternative fuels or energy sources. A techno-economic analysis was performed, obtaining a minimum selling price of 0.58 $/L for bioethanol, 1.15$/kg for DME and 0.65 $/kg for HMF and LA, respectively. These prices are comparable to those found in the literature. Furthermore, the implementation of the biorefinery in this strategic area promotes its economic and social development, improving the use of the natural resources to obtain competitive products to fossil fuels.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech. This work was supported by the Spanish MINECO under CTQ2015-68654-R project. MCGM gratefully acknowledges the assistance of Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through a “Juan de la Cierva – Formación” fellowship (FJCI-2015-25788)