Doctorado en Ingeniería Química
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Browsing Doctorado en Ingeniería Química by browse.metadata.advisor "Escalante Hernández, Humberto"
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Item Digestión anaeróbica: Alternativa tecnológica para el desarrollo sostenible de la agroindustria panelera(Universidad Industrial de Santander, 2021) Mendieta Menjura, Oscar Andrés; Escalante Hernández, Humberto; Castro Molano, Liliana del Pilar; Rodríguez Cortina, Jader; de la Rubia Romero, María de los Ángeles; Cadavid Rodríguez, Luz Stella; Hernández Pardo, Mario Andrés; Sánchez Torres, Viviana; López Giraldo, Luis JavierLa agroindustria panelera se caracteriza por su bajo nivel tecnológico y su estancamiento en pro-cesos artesanales. Por un lado, el proceso de elaboración de panela requiere energía, mientras que, por el otro lado, el cultivo de caña de azúcar demanda fertilizantes, que en la mayoría de los casos deben ser proveídos por diversas fuentes externas. Esto se relaciona con la disminución de los ingresos de los productores y la protección del medio ambiente, que a su vez influye en el desa-rrollo social. En este sentido, la presente investigación propone contribuir a la sostenibilidad de la cadena productiva de la panela, haciendo uso racional y eficiente de los residuos que se generan en el proceso de producción, vía digestión anaeróbica (DA). Sin embargo, existen retos que se relacionan con la composición de los residuos, debido a que son materiales de naturaleza lignoce-lulósica – ácida, y se desconoce su potencial para la producción de biogás en una configuración de digestor que pueda ser adoptada por el sector, temas que deben ser estudiados para el desarrollo de un proceso de DA. El siguiente reto lo constituye la integración de la tecnología de DA en el proceso de producción de panela, abordando los ejes económico, ambiental y social. Esta tesis doctoral contribuye al conocimiento al investigar una nueva alternativa tecnológica que constituya una respuesta al desarrollo sostenible de dicha agroindustria por medio de la gestión y valorización de sus residuos.Item Digestión anaeróbica: alternativa tecnológica para el desarrollo sostenible de la agroindustria panelera(Universidad Industrial de Santander, 2021) Mendieta Menjura, Oscar Andrés; Escalante Hernández, Humberto; Castro Molano, Liliana del Pilar; Rodríguez Cortina, JaderLa agroindustria panelera se caracteriza por su bajo nivel tecnológico y su estancamiento en procesos artesanales. Por un lado, el proceso de elaboración de panela requiere energía, mientras que, por el otro lado, el cultivo de caña de azúcar demanda fertilizantes, que en la mayoría de los casos deben ser proveídos por diversas fuentes externas. Esto se relaciona con la disminución de los ingresos de los productores y la protección del medio ambiente, que a su vez influye en el desarrollo social. En este sentido, la presente investigación propone contribuir a la sostenibilidad de la cadena productiva de la panela, haciendo uso racional y eficiente de los residuos que se generan en el proceso de producción, vía digestión anaeróbica (DA). Sin embargo, existen retos que se relacionan con la composición de los residuos, debido a que son materiales de naturaleza lignocelulósica ácida, y se desconoce su potencial para la producción de biogás en una configuración de digestor que pueda ser adoptada por el sector, temas que deben ser estudiados para el desarrollo de un proceso de DA. El siguiente reto lo constituye la integración de la tecnología de DA en el proceso de producción de panela, abordando los ejes económico, ambiental y social. Esta tesis doctoral contribuye al conocimiento al investigar una nueva alternativa tecnológica que constituya una respuesta al desarrollo sostenible de dicha agroindustria por medio de la gestión y valorización de sus residuosItem Estudio de la producción de polihidroxibutirato (phb) por bacillus sp. utilizando glicerol residuo de la industria del biodiesel como fuente de carbono(Universidad Industrial de Santander, 2015) Moreno Yañez, Paula Andrea; Guzmán Luna, Carolina; Combariza Montañez, Marianny Yajaira; Escalante Hernández, HumbertoEl polihidroxibutirato (PHB) es un biopolímero biodegradable, biocompatible y termoplástico sintetizado por bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. Este estudio reporta diversos Bacillus nativos con la capacidad de acumular PHB utilizando glicerol residuo de la industria de biodiesel como fuente de carbono. De 15 Bacillus aislados, B. megaterium B2 fue seleccionado para la posterior optimización estadística. Los diseños Plackett-Burman y central compuesto fueron utilizados para encontrar las variables clave y las condiciones óptimas en la producción de PHB. La temperatura y las concentraciones de glicerol y Na2HPO4 son las variables experimentales con mayor influencia en la producción de PHB por B2. Después de 14 horas de fermentación en matraz con las condiciones óptimas, B2 produce 0.43g/L de PHB con un 34% de acumulación intracelular. En un biorreactor de 7.5 L bajo las mismas condiciones se alcanzó una concentración máxima de 1.20g/L en 11 horas. Estos valores corresponden a un incremento del 48% y 314% de la producción de PHB con respecto a las condiciones iniciales de cultivo. Para lograr un mejor entendimiento del proceso, se desarrolló un modelo matemático que permite describir el crecimiento del microorganismo, el consumo de sustratos, la formación de producto y simular diferentes estrategias de cultivo. La velocidad de crecimiento del microorganismo se simuló teniendo como sustratos limitantes el oxígeno y el glicerol de acuerdo con las ecuaciones Monod y sigmoidal, respectivamente. Para describir la producción de PHB se utilizó la ecuación de Luedeking-Piret. La simulación y la estimación de parámetros se llevaron a cabo utilizando el software EMSO. Los parámetros se estimaron utilizando los datos obtenidos en fermentaciones batch y fed-batch realizadas en un biorreactor de 7.5 L. La mejor estrategia de alimentación en fed-batch, permitió una producción de PHB de 2.06g/L. Este valor corresponde a un incremento del 72% con respecto a la producción en batch. .Item Estudio de la producción de polihidroxibutirato (PHB) por Bacillus sp. utilizando glicerol residuo de la industria del biodiesel como fuente de carbono(Universidad Industrial de Santander, 2015) Moreno Yáñez, Paalo Andrea; Guzmán Luna, Carolina; Combariza Montañez, Marianny Yajaira; Escalante Hernández, Humberto; Medeiros Cardozo, Nilo Sergio; Quevedo Hidalgo, Balkys E.; Ortiz López, Claudia Cristina; Nabarlatz, Débora Alcida; Sánchez Torres, VivianaEl polihidroxibutirato (PHB) es un biopolímero biodegradable, biocompatible y termoplástico sintetizado por bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. Este estudio reporta diversos Bacillus nativos con la capacidad de acumular PHB utilizando glicerol residuo de la industria de biodiesel como fuente de carbono. De 15 Bacillus aislados, B. megaterium B2 fue seleccionado para la posterior optimización estadística. Los diseños Plackett-Burman y central compuesto fueron utilizados para encontrar las variables clave y las condiciones óptimas en la producción de PHB. La temperatura y las concentraciones de glicerol y Na2HPO4 son las variables experimentales con mayor influencia en la producción de PHB por B2. Después de 14 horas de fermentación en matraz con las condiciones óptimas, B2 produce 0.43g/L de PHB con un 34% de acumulación intracelular. En un biorreactor de 7.5 L bajo las mismas condiciones se alcanzó una concentración máxima de 1.20g/L en 11 horas. Estos valores corresponden a un incremento del 48% y 314% de la producción de PHB con respecto a las condiciones iniciales de cultivo. Para lograr un mejor entendimiento del proceso, se desarrolló un modelo matemático que permite describir el crecimiento del microorganismo, el consumo de sustratos, la formación de producto y simular diferentes estrategias de cultivo. La velocidad de crecimiento del microorganismo se simuló teniendo como sustratos limitantes el oxígeno y el glicerol de acuerdo con las ecuaciones Monod y sigmoidal, respectivamente. Para describir la producción de PHB se utilizó la ecuación de Luedeking-Piret. La simulación y la estimación de parámetros se llevaron a cabo utilizando el software EMSO. Los parámetros se estimaron utilizando los datos obtenidos en fermentaciones batch y fed-batch realizadas en un biorreactor de 7.5 L. La mejor estrategia de alimentación en fed-batch, permitió una producción de PHB de 2.06g/L. Este valor corresponde a un incremento del 72% con respecto a la producción en batch.Item Metodología para la evaluación de escenarios de aprovechamiento energético de la biomasa residual agrícola en Santander(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-14) Rodríguez De La Vega, Reynel De Jesús; Escalante Hernández, Humberto; Maradei García, María Paola; Medeiros Cardozo, Nilo Sérgio; Ramos Da Silva, Sérgio Peres; López Giraldo, Luis Javier; Nabarlatz, Débora Alcida; Kafarov, ViatcheslavLa investigación se centra en el aprovechamiento de los residuos agrícolas en Santander para la producción de bioenergía. Se realiza una caracterización exhaustiva de 68 tipos de residuos, identificando las tecnologías óptimas para su conversión en energía. Además, se construyen modelos matemáticos basados en redes neuronales artificiales (RNA) para predecir y modelar las tecnologías de conversión: digestión anaerobia, pirolisis y gasificación. Se analiza el potencial energético de estos residuos considerando su distribución geográfica, accesibilidad y los costos logísticos y de recolección. Se desarrolla una metodología estratégica para la selección de ubicaciones óptimas de plantas de biomasa, integrando criterios técnicos, socioeconómicos y ambientales mediante análisis multicriterio AHP difuso y sistemas de información geográfica (SIG). Finalmente, se implementa un sistema de soporte de decisiones espaciales que evalúa la viabilidad y sostenibilidad de las tecnologías de bioenergía. Este enfoque integral busca maximizar el uso de residuos agrícolas, impulsando una matriz energética sostenible en Santander mediante análisis de escenarios y un aprovechamiento eficiente de los recursos agrícolas para la generación de energía limpia y renovable.Item Proceso integral para la digestión anaerobia del bagazo de fique(Universidad Industrial de Santander, 2012) Castro Molano, Liliana Del Pilar; Escalante Hernández, Humberto; Guzmán Luna, Carolina; Ortiz López, Claudia CristinaEl bagazo de fique es vertido al suelo ocasionando un problema ambiental. La caracterización fisicoquímica de esta biomasa residual mostró que contenía 41,81% de celulosa, 22,17% hemicelulosa, 15,56% lignina, una relación carbono/nitrógeno (C/N) de 26, y otros compuestos orgánicos que lo hacen un sustrato atractivo para procesos de digestión anaerobia. Este bioproceso se limita debido a la presencia de lignina y saponina en la estructura del bagazo. La investigación se centró en la identificación de un consorcio microbiano con alta actividad hidrolítica y metanogénica; el estudio del efecto de la lignina y de la saponina en la producción de biogás; el desarrollo de la producción de metano con las mejores condiciones de operación y un modelo cinético que describa el proceso de metanización. Lo anterior contempla el análisis de corrientes de entrada (sustrato e inóculo) y de salida (biogás y lodo efluente). Como resultados, se identificó que la mezcla de líquido ruminal y lodo estiércol de cerdo degrada el bagazo de fique. Se demostró que las saponinas esteroidales a bajas concentraciones estimulan la actividad hidrolítica y metanogénica del inóculo seleccionado. La máxima producción de metano (0.30 m3 CH4/kg SV adicionado) se obtuvo cuando el proceso se llevó a cabo con una relación inóculo sustrato de 1.3 en rango mesófilo. Durante la operación en continuo se alcanzó una conversión a metano de 1.30 l biogás/l reactordía a temperatura ambiente (21°C). En cuanto a la alteración de la estructura lignocelulósica, el pre-tratamiento hidrotérmico mejoró la producción de metano en un 30% comparado con el bagazo sin tratar. Finalmente, la implementación del modelo ADM permitió describir paso a paso la etapa de desintegración del bagazo de fique.Item Proceso integral para la digestión anaerobia del bagazo de fique(Universidad Industrial de Santander, 2012) Castro Molano, Liliana del Pilar; Escalante Hernández, Humberto; Guzmán Luna, Carolina; Ortiz López, Claudia Cristina; Mata Álvarez, Joan; Toro, Inés; Chalela, Graciela; Nabarlatz, Débora Alcida; López Giraldo, Luis JavierEl bagazo de fique es vertido al suelo ocasionando un problema ambiental. La caracterización fisicoquímica de esta biomasa residual mostró que contenía 41,81% de celulosa, 22,17% hemicelulosa, 15,56% lignina, una relación carbono/nitrógeno (C/N) de 26, y otros compuestos orgánicos que lo hacen un sustrato atractivo para procesos de digestión anaerobia. Este bioproceso se limita debido a la presencia de lignina y saponina en la estructura del bagazo. La investigación se centró en la identificación de un consorcio microbiano con alta actividad hidrolítica y metanogénica; el estudio del efecto de la lignina y de la saponina en la producción de biogás; el desarrollo de la producción de metano con las mejores condiciones de operación y un modelo cinético que describa el proceso de metanización. Lo anterior contempla el análisis de corrientes de entrada (sustrato e inóculo) y de salida (biogás y lodo efluente). Como resultados, se identificó que la mezcla de líquido ruminal y lodo estiércol de cerdo degrada el bagazo de fique. Se demostró que las saponinas esteroidales a bajas concentraciones estimulan la actividad hidrolítica y metanogénica del inóculo seleccionado. La máxima producción de metano (0.30 m3 CH4/kg SV adicionado) se obtuvo cuando el proceso se llevó a cabo con una relación inóculo sustrato de 1.3 en rango mesófilo. Durante la operación en continuo se alcanzó una conversión a metano de 1.30 l biogás/l reactor*día a temperatura ambiente (21°C). En cuanto a la alteración de la estructura lignocelulósica, el pre-tratamiento hidrotérmico mejoró la producción de metano en un 30% comparado con el bagazo sin tratar. Finalmente, la implementación del modelo ADM permitió describir paso a paso la etapa de desintegración del bagazo de fique.